بررسي عددي مديريت آب در كاتد و آند پيل سوختي غشاء تبادل پروتون

يكي از مسائل كليدي پيل سوختي غشاء تبادل پروتون، مديريت آب است. اين موضوع بدون در نظر گرفتن انتقال آب مايع درون پيل ميسر نيست. در اين مقاله مدل‌سازي عددي مديريت آب در پيل سوختي غشاء تبادل پروتون به صورت دوبعدي و پايا انجام شده است. معادلات بقاي جرم، مومنتم، انرژي، يون‌ها، گونه‌هاي اكسيژن و بخار آب و معادله انتقال آب مايع در تمام لايه‌هاي پيل شامل الكترودهاي كاتد و آند حل شده‌ا‌ند. مطالعه اي عمومي بر فرآيندهاي جاري در پيل با ارائه كانتورهاي سرعت، دما، غلظت گونه‌هاي مختلف و اشباع آب مايع انجام شده‌است و تأثير آب مايع بر كارآيي پيل مورد توجه قرار گرفته‌است. همچنين تأثير ميان گذر گازهاي واكنش دهنده از غشاء بر راندمان پيل بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه با در نظر گرفتن اثر آب مايع در پيل سوختي غشاء تبادل پروتون، منحني قطبش و منحني راندمان مربوطه پا يين‌تر قرار مي‌گيرد.  اثرات چند متغير كليدي مانند ضريب نفوذ آب مايع، چگالي جريان، ضخامت غشاء و نسبت اكسيژن به نيتروژن روي شرايط و عملكرد پيل سوختي غشاء تبادل پروتون نظير ميزان اشباع آب مايع، غلظت مولي اكسيژن، چگالي توان، دماي پيل، بازده ميان گذر، بازده كلي، پتانسيل و افت پتانسيل اهمي بررسي شده‌است. مشاهده شد كه اشباع آب مايع در آند نيز قابل توجه است كه ضرورت بررسي بيشتر رفتار آب مايع در اين الكترود را مي‌رساند. مقدار اشباع آب مايع در هر دو الكترود كاتد و آند با افزايش چگالي جريان، افزايش مي‌يابد.