بررسي تجربي عملكرد يك استك پيل سوختي 2/5 كيلووات انتها بسته هيدروژن-اكسيژن با طراحي جديد براي افزايش بهره‌وري سوخت

Experimental Study of the New Design 2.5kW Dead-End H2 /O2 PEM Fuel Cell Stack with New Design to Improve Fuel Utilizatio

پيل­ هاي سوختي پليمري با آند و كاتد انتها بسته مي­ توانند با سيستمي نسبتاً ساده درصد مصرف سوخت هيدروژن و اكسي دانت اكسيژن را افزايش دهند. در اين مقاله يك طرح جديد براي استك پيل سوختي ارائه شده است كه ايده اصلي طرح ارائه شده تقسيم استك به دو مرحله مجزا است. به اين ترتيب كه گاز خروجي از مرحله اول بعد از ورود به جداساز به مرحله بعدي وارد مي­شود. در طرح ارائه شده گرچه پيل سوختي در حالت انتها بسته كار مي­كند اما با توجه به مرحله اي بودن استك، بيش از 85 درصد سلول­ها در حالت استوكيومتري بزرگتر از 1 كار مي­كنند و به اين ترتيب طرح انتها بسته كارايي معادل به طرح انتها باز دارد. استك طراحي شده قادر است كه به توان 2/ 5 كيلو وات در چگالي جريان 1200 mA/cm2 برسد در حالي كه ولتاژ همه ي سلول­ها بزرگ­تر از 6/ 0 ولت است. استك طراحي شده قادر است كه توان را به بيش از 3 كيلو وات افزايش دهد بدون اين كه به ولتاژ محدود كنند هي 4/ 0 ولت برسد. مطابق نتايج بهترين زمان براي باز و بسته كردن شير تخليه در حالت انتها بسته معادل با 2 و 4 ثانيه براي سلول­ هاي كاتديك و 2 و 6 ثانيه براي سلول­ هاي آنديك است.

Proton exchange membrane fuel cells with a dead-ended anode and cathode achieve high hydrogen and oxygen utilization by a comparatively simple system. In this paper, a new design of proton exchange membrane fuel cell stack is presented. The basic concept of the proposed design is to divide the cells of the stack into several blocks by conducting the outlet gas of each stage to a separator and reentering to the next stage, thereby constructing a multistage anode and cathode. In this design, a higher gaseous flow rate is maintained at the outlet of higher than 85% of cells, even under dead-end conditions, and this results in a reduction of purge-gas emissions by hindering the accumulation of liquid water in the cells. The result shows that the dead-end mode condition has the same performance as an open-end mode. The stack power at the current density of 1200 mA/cm2 is 2.5kW and the voltage of all cells is bigger than 0.6V. This means that the stack can achieve to the power higher than 3kW, although all cells voltage is higher than the restriction voltage of 0.4V. Furthermore, the optimum time for opening and clothing of purge valve are 2 and 4s for anodic cells and 2 and 6s for cathodic cells.