مدل‌سازی سه‌بعدی نیم‌پیل کاتدی پیل‌سوختی غشای الکترولیتی پلیمری

در این مقاله، مدل سه‌بعدی پیل سوختی غشای تبادل یونی بررسی شده است. این مدل برای نیم پیل کاتدی صورت گرفته که شامل کانال گازی کاتدی از نوع موازی، لایه نفوذ گازی کاتدی و غشای پلیمری می‌باشد. پدیده‌های مورد بررسی در این مقاله، انتقال جرم در لایه‌های نفوذ گازی، واکنش الکتروشیمیایی در لایه‌های کاتالیستی و انتقال بار در پیل سوختی می‌باشد. ضمناً در هندسه این مدل، شانه نیز لحاظ گردیده که سبب می‌شود پروفایل غلظت و در نتیجه توزیع بار با دقت بیشتری بررسی شود. معادلات حاکم جهت مدل‌سازی پیل سوختی با استفاده از نرم‌افزار فملب بر پایه روش المان محدود حل شده‌اند. این مدل‌سازی قادر به پیش‌گویی رفتار پیل سوختی تحت شرایط عملیاتی مختلف می‌باشد که به واسطه تحلیل نتایج آن، عملکرد پیل سوختی در شرایط مختلف عملیاتی و با مقادیر متفاوت جریان ولتاژ بررسی گردید و در نهایت بهترین شرایط عملیاتی و نقطه کاری مناسب، حاصل شده‌است. وجه تمایز این مدل‌سازی، بررسی عملکرد پیل سوختی غشای تبادل یونی از طریق حل عددی سه بعدی نیم پیل کاتدی با در نظر گرفتن شانه می‌باشد، در حالی‌که کاتالیست به صورت تجمعات کروی فرض شده است.

Threedimensional Modeling of a Cathodic Halfpolymer Electrolyte Membrane Fuel Cell

In this study, a threedimensional model of a single fuel cell is considered. This modeling is done for a cathode halffuel cell and consists of a parallel flow field, namely a cathode gas diffusion layer and a polymer membrane; it includes mass transfer at gas diffusion layer, electrochemical reaction at catalyst layer, and charge transfer in all the parts of fuel cell. Shoulder is considered in this model and thus concentration profile and charge distribution are more delicate. Governing equations are solved by FEMLAB software through the finite element method. This modeling could predict the behavior of fuel cell at different operation conditions by minimum cost. The performance of fuel cell is evaluated by different activation energies and, by comparing the results, the optimum operation condition is concluded.