تحلیل آزمایشگاهی و عددی تاثیر عرض شانه و شکل هندسی کانال‌های گاز بر عملکرد سلول سوختی با غشاء تبادل پروتون

در مقاله حاضر، تاثیر تغییر شکل هندسی دیواره های جانبی کانال های گاز آند و کاتد و نیز تغییر اندازه عرض ناحیه شانه بر عملکرد یک سلول سوختی با غشاء تبادل پروتون مطالعه شده است. در بررسی عددی، جهت گسسته سازی معادلات حاکم از روش عددی حجم محدود بهره گرفته شده است. در ابتدا، عرض ناحیه شانه یا به عبارتی صفحه بای پولار بررسی گردیده است. بدین منظور پارامتر مذکور جهت عدم افزایش در مصرف مواد گران قیمت در تولید پیل سوختی، به تدریج کاهش یافته است. نتایج نشان می دهند که در عرض b=0.4 mm عملکرد مطلوب حاصل شده و تراکم جریان الکتریکی خروجی ماکزیمم مقدار را دارا بوده و نسبت به حالت پایه حدود 10درصد بازدهی را افزایش داده است. همچنین تاثیر تبدیل کانال های گاز آند و کاتد از حالت مستقیم مرسوم به حالت های سینوسی مختلف نیز بررسی شده است. نتایج حاکی است که در کانال های گاز با دیواره های سینوسی، مسیر حرکت مواد واکنش دهنده افزایش یافته و به تبع آن میزان نفوذ آنها به لایه های کاتالیست برای وقوع واکنش الکتروشیمیایی بیشتر شده و در نتیجه عملکرد پیل سوختی بهبود می یابد. نهایتا جهت اعتباردهی به کار عددی، از نتایج آزمایشگاهی نیز بهره گرفته شده است که بیانگر تطابق مطلوب بین آنهاست.

Experimemtal and Numerical Analysis of Bipolar width and Gas Channels Geometrical Configuration Effect on Proton Exchange Membrane Fuel cell

In this paper, the besides walls of anode and cathode gas channels geometrical configuration changing effect and also bipolar plate width on proton exchange membrane fuel cell performance has been studied. In numerical procedure, for descritizing the governing equations, the finite volume method has been used.At first, the bipolar plate width has been investigated. For this purpose, the mentioned parameter, for preventing from expensive material using, has been decreased gradually. The results revealed that at width b=0.4 mm, the best performance has been produced and the current density has its maximum magnitude and about 10 percent enhances the performance compared with conventional model. Also, the effect of gas channels conversion from conventional straight form to the different sinusoidal modes has been investigated. The results showed that in channels with sinusoidal walls, the reactants pathway has been increased and consequently, their diffusion to the catalyst layers, where the chemical reaction occurs, has been grown and the the cell performance enhances. Finally, for validating the numerical work, the experimental test has been done, which is seen favorable agreement between them.