طراحي جديد و بررسي عملكرد ميدان جريان پيل سوختي غشاء پليمري جهت بهبود عملكرد براي كاربرد در يك وسيله هوايي

New interior design for polymer flow membrane fuel cell flow field to improve performance for use in an aerial vehicle

از مهم‌ترين قسمت‌هاي پيل‌هاي سوختي پليمري صفحات دو قطبي مي‌باشد كه از طريق مسير كانال‌هايي كه به‌عنوان ميدان جريان در اين صفحات مطرح مي‌گردد، دسترسي گازهاي واكنش‌گر به سطح لايه‌هاي كاتاليست براي انجام واكنش‌هاي الكتروشيميايي پيل سوختي امكان‌پذير مي‌باشد. تاكنون محققان بسياري به طراحي ميدان جريان‌هاي مختلفي براي پيل‌هاي سوختي پرداخته‌اند. گرچه هر يك از مدل‌هاي مطرح‌ شده داراي مزايا و معايب مربوط به خود مي‌باشد؛ اما يك طراحي مناسب براي ميدان جريان پيل سوختي كه توزيع يكنواخت گازهاي واكنش‌گر را روي سطح لايه كاتاليست داشته باشد، دسترسي به عملكرد بالاتر و عمر بيشتر پيل‌هاي سوختي را نتيجه مي‌دهد و از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. در اين تحقيق به معرفي يك الگوي جريان جديد براي ميدان جريان پيل سوختي پرداخته‌ شده است و نتايج عددي بدست آمده با يك مدل با آرايش متداول موازي مورد مقايسه قرار گرفته‌ شده است. ميدان جريان ارائه‌شده به صورت مارپيچ اصلاح‌ شده با ابعاد كلي پيل 6400 ميلي‌متر مربع بوده كه دسترسي به توزيع يكنواخت گازهاي واكنش‌گر، چگالي جريان و دما ممكن شده است. افزايش 66 درصدي چگالي جريان محدود و رشد 1.7 برابر چگالي توان با اصلاح آرايش براي ميدان جريان محقق شده است. در ادامه با در نظر گرفتن نقطه طراحي پيل سوختي بر اساس منحني چگالي توان مدل جديد ارائه‌شده، به بررسي مشخصات و توان ويژه پيل سوختي در يك مأموريت هوايي پرداخته‌شده است و دسترسي به توان مخصوص بالا كه در كاربردهاي هوايي اهميت ويژه‌اي دارد، حاصل‌شده است.

One of the most important parts of the polymer fuel cell is the bipolar plate, which through the channel paths as the flow field in these plates, the availability of reactive gases to the surface of the catalyst layer is possible to carry out the electrochemical reactions of the fuel cell. So far, many researchers have been designing different flow streams for fuel cells, although each of the models has its own advantages and disadvantages, but a suitable design for the fuel cell flow field, which has a uniform distribution of reactive gases on the surface of the catalyst layer, Access to higher performance and longer fuel cell life is very important. In this paper, we introduce a new flow pattern for fuel cell flow field, and the numerical results obtained with a conventional parallel model are compared. The flow-shaped designs have been modified with a spiral and the total dimensions of the cell are 6400mm2, which has allowed access to a uniform distribution of reactive gases, flow density and temperature distribution. An increase of 66% was achieved with a limited density and increased 1.7 times the power density by adjusting the arrangement for the flow field. Therefore, considering the design of the fuel cell based on the power density curve presented in the new model, the specific characteristics and power of the fuel cell in an air mission have been addressed and the availability of high specific power that is of particular importance in aerial applications is achieved.