مدل‌سازی عملکرد پیل‌های سوختی پلیمری با استفاده از مدل فشرده

یکی از مهمترین عوامل در کاهش طول عمر پیل‌های سوختی پلیمری، پخش غیریکنواخت جریان در سطح غشاء می‌باشد. از آنجا که میدان شارش نقش زیادی در پخش واکنشگرها و انتقال آب و در نتیجه پخش جریان دارد لذا در این مقاله، با توسعه‌ی مدلی فشرده، پخش آب و جریان در سطح غشاء پیل‌های سوختی پلیمری در دو طرح متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت. در مدل استفاده شده، میدان شارش به بخش‌های مساوی تقسیم‌بندی شده و ارتباط میان هر بخش با سایر بخش‌ها از طریق میدان شارش استفاده شده در پیل سوختی ایجاد می‌گردد. میدان شارش سمت آند در هر دو طرح مارپیچ بوده ولی در سمت کاتد در طرح اول از میدان شارش موازی و در طرح دوم از میدان شارش مارپیچ استفاده شده است. شبیه‌سازی برای رطوبت‌های ورودی مختلف از 0 تا 100در هر دو سمت انجام گرفت. نتایج نشان داد که تغییر میدان شارش در یک سمت تاثیر اندکی روی منحنی پلاریزاسیون داشته و در چگالی جریان بالا، طرح دوم از عملکرد بهتری برخوردار است. همچنین، از لحاظ پخش جریان، طرح دوم یکنواختی بهتری را نشان می‌دهد بطوری که در طرح اول در شرایط ورودی اشباع، اختلاف بین درصد جریان تولید شده بین ورودی و خروجی 1.57 درصد می‌باشد که در حالت دوم 1.45 درصد می‌رسد.

Modeling of PEM fuel cells performance using lumped method

One of the most important factors in reducing the lifetime of PEM fuel cells is heterogeneous current distribution on membrane surface. Since flow field plays an important role in reactants distribution and water depletion and consequently current distribution, hence, in this paper, with development of a lumped model, water and current distributions on membrane surface were evaluated in two different designs. In this model, the flow field is divided into equal segments and connection between segments are created through flow field pattern. In both designs, flow field of anode side was serpentine, but on cathode side, parallel and serpentine flow field were used in first and second design, respectively. Simulations were carried out for different input relative humidity from 0 to 100 in both sides. The results showed that flow field had no significant effect on polarization curve and the second design had a little better performance in high current density. Also, in terms of current distribution, the second design shows a better uniformity, so that in the first design in fully saturated inlet condition, difference between the percentage of current generated between the first and last segments is about 1.57 percent which recehes to 1.45 percent in the second case.