تحلیل آزمایشگاهی و عددی پیل سوختی ‌پلیمری با یک کانال مارپیچ متقارن جدید

در این مقاله ابتدا یک پیل سوختی پلیمری با الگوی جدید کانال جریان، با عنوان الگوی کانال مارپیچ متقارن (جدید) طراحی و ساخته‌شده است. پیل ساخته‌شده دارای توان نامی حدود 10 وات، مساحت ناحیه فعال 25 سانتی‌متر مربع و دارای غشاء نفیون117 می‌باشد. با استفاده از دستگاه تست پیل سوختی اثر دما و رطوبت نسبی گازهای سمت کاتد بر عملکرد آن (نمودار ولتاژ – چگالی جریان پیل) موردبررسی قرارگرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که پیل ساخته‌شده قادر است ماکزیمم چگالی توان (حدود 45/0 وات بر سانتی‌متر مربع) را تولید نماید. سپس مدل‌سازی عددی سه‌بعدی و کامل پیل سوختی ساخته‌شده (شامل همه 9 لایه پیل سوختی) و در ابعاد واقعی انجام‌شده است. بدین منظور، معادلات دیفرانسیل پاره‌ای همبسته شده غیرخطی بقاء جرم، بقاء اندازه حرکت (مومنتم)، بقاء اجزاء، بقاء انرژی و شارژ به همراه روابط سینتیک الکتروشیمیایی در نواحی مختلف پیل به‌صورت الگوی تک ناحیه‌ای و تک فاز (فقط فاز گاز) تدوین و به کمک نرم‌افزار تجاری فلوئنت حل‌شده‌اند. نتایج مدل‌سازی عددی نشان می‌دهد که کانال مارپیچ متقارن (جدید) قادر است حتی در چگالی‌های جریان بالا توزیع دما و غلظت مطلوبی را در سراسر ناحیه فعال ایجاد نماید.