مطالعه عددی و آزمایشگاهی رفتار خمشی صفحات دوقطبی کامپوزیتی پیل سوختی پلیمری

پیل‌های سوختی پلیمری به‌عنوان مولد انرژی، انرژی شیمیایی سوخت را به صورت مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می‌نماید. از اجزای مهم پیل‌های سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی هستند که نقش توزیع سوخت و اکسیدان و تسهیل مدیریت آب در داخل سلول و انتقال جریان الکتریکی را بر عهده دارند. در این پژوهش، نحوه‌ی شکست صفحات دوقطبی کامپوزیتی پایه گرافیت پیل‌های سوختی پلیمری تحت اثر بارهای خمشی به روش تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. صفحات دوقطبی‌ کامپوزیتی ساده و دارای سوراخ  با رویکرد تعیین پایداری خمشی تحت بار استاتیکی آزمایش و شبیه‌سازی شد. در تحلیل عددی، شبیه‌سازی مکانیکی به کمک روش اجزای محدود و با استفاده از نرم‌افزار آباکوس  بکار گرفته شد. در ادامه پس از ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی، آزمون تجربی خمش سه‌نقطه‌ای بر روی آن‌ها با هدف صحه‌گذاری نتایج شبیه‌سازی انجام شد. در پایان، نتایج تحلیل‌های عددی و تجربی رفتار خمشی صفحات دو‌قطبی کامپوزیتی با یکدیگر مقایسه شد. مقایسه نتایج تحلیل‌های عددی و تجربی نشان داد که نتایج این دو روش انطباق قابل قبولی با یکدیگر داشته‌اند. علاوه بر این، وجود درصد گرافیت بالا و همچنین شکنندگی بالا موجب تضعیف جسم شده و تیرهایی از این جنس افزایش خیز نمونه را در پی داشته که این مسئله تنها به علت پیوند مولکولی گرافیت رخ می‌دهد که باعث سُر خوردن گرافیت می‌شود.

numerical and empirical investigation on bending behavior of composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells

polymer electrolyte membrane fuel cells, as an energy generator, convert the chemical energy of the fuel directly into electrical energy. an important component of polymer fuel cells is bipolar plates, which are responsible for the distribution of fuel and oxidants and facilitate the management of water inside the cell and the transmission of electric current. in this study, the fracture method of graphite-based composite bipolar plates of polymer fuel cells under bending loads was investigated experimentally and numerically. simple and perforated composite bipolar plates were tested and simulated with the approach of determining flexural stability under static load. in numerical analysis, mechanical simulation using the finite element method and abaqus software were used. then, after making the laboratory samples, the experimental test of three-point bending was performed on them to validate the simulation results. finally, the results of numerical and experimental analyses of the flexural behavior of composite bipolar plates were compared with each other. a comparison of the results of numerical and experimental analyses showed that the results of these two methods had an acceptable agreement with each other. in addition, the presence of a high percentage of graphite as well as high fragility weakens the body, and beams of this material increase the specimen of the sample, which occurs only due to the molecular bond of graphite, which causes the graphite to slip.