مدلسازی تولید هیدروژن در پیلهای سوختی

پیل سوختی مانند کارخانه‌ای است که ورودی آن سوخت و خروجی آن الکتریسیته می‌باشد. مشابه کارخانه، تا زمانی که خوراک وارد می‌شود، محصول (الکتریسیته) تولید می‌شود. این نکته مهم، اساس تفاوت پیل سوختی و باتری است. پیل سوختی با تولید الکتریسیته مصرف نمی‌شود و یک کارخانه به معنای واقعی است که انرژی شیمیایی ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.در این تحقیق، مدل سه بعدی برای یک پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای که شامل کانال های جریان، الکترودها، جمع کننده جریان و الکترولیت می‌باشد، توسعه داده شده است. این مدل دربردارنده انتقال جرم و انتقال مومنتم در کانال های جریان و الکترودها، واکنش الکتروشیمیایی در الکترودها و انتقال بار در کل قسمت‌های پیل سوختی می‌باشد. ویژگی مهم این مدل در نظر گرفتن کل ضخامت الکترودها بعنوان مرز سه فازی است که لایه های نازکی در نزدیکی الکترولیت می باشند و در آنجا واکنش الکتروشیمیایی به منظور تولید الکترون، یون اکسیژن و بخارآب رخ می دهد. نتایج نشان می دهد که پروفیل غلظت اکسیژن و هیدروژن با افزایش ولتاژ عملیاتی پیل در طول کانال های جریان و الکترودها کاهش می یابد. همچنین مشاهده می گردد که با افزایش دمای پیل، غلظت گازها و در نتیجه سرعت واکنش و میزان دانسیته جریان تولیدی افزایش یافتند. در نهایت منحنی کارایی پیل با داده های موجود در مقالات مقایسه گردید و توافق خوبی بین مدل پیشنهادی و داده های تجربی حاصل گردید.