تاثير طراحي واشر آب‌بندي گاز در كاهش مقاومت سطحي و عملكرد يك استك پيل سوختي پليمري

Effect of Sealing Gas Washer Design on a PEM Stack Fuel Cell Performance

در تحقيق حاضر، عملكرد يك استك پيل سوختي پليمري پس از 900 ساعت كار مورد ارزيابي قرار گرفته است. در اين تحقيق ضمن تشخيص افت ولتاژ اين استك، دلايل اين افت بررسي گرديده است. مهمترين دليل افت ولتاژ اين استك، افت تدريجي كيفيت مجموعه غشاء الكترود در طول كاركرد استك تشخيص داده شد. بررسي دقيق مجموعه غشاء الكترود مبين ايجاد ترك هاي ميكروسكوپي، سوراخ و پارگي در بعضي از نقاط غشاء بود. اين بررسي نشان داد كه علت ايجاد ترك هاي ميكروسكوپي، عدم يكنواختي فشار، تمركز تنش و كشيدگي غشاء به خصوص در لبه شيارهاي مربوط به شبكه توزيع جريان گاز در ناحيه مرزي سطح موثر بود. عامل ديگر پايين بودن عملكرد استك، مقاومت تماسي زياد بين سطوح مختلف لايه ­هاي استك و از جمله غشاء بود. مهمترين عامل مقاومت تماسي بين سطوح، فاصله بيش از حد اجزا و همچنين عدم يكنواختي فاصله بين سطوح مختلف استك مي­باشد. براي رفع اين اشكال واشرهاي آب­بندي گاز بازبيني و با دستگاه ضخامت سنج دقيق اندازه­ گيري گرديدند. در نتيجه مشخص گرديدكه ميزان و تولرانس ضخامت واشرها با توجه به ميزان سختي واشرها بايد بهينه­ سازي­ گردند. لذا پس از اصلاح اين واشرها و مقايسه و تاييد عملكرد آنها به وسيله تست (Electrochemical Impedance Spectrometry)EIS و با استفاده ازصفحات حساس به فشار، بهترين ميزان ضخامت براي واشر مشخص شد. نتيجه تست EIS استك با واشر آب­بندي بهينه ­سازي شده نشان داد كه با كاهش مقاومت تماسي بين لايه ­هاي مختلف استك در ناحيه سطح موثر غشاء، عملكرد استك بهبود پيدا كرده است.

In this paper we study the performance of a PEM stack fuel cell after 900 hours of operation. We tried to identify any voltage degradation and its causes. Microscopic cracks on some parts of MEA mainly due to uniformity of pressure, stress concentration and elongation of membrane in the edge of GDL has been identified as the most important cause of this gradual degradation. High contact resistance between layers of stack, including the membrane, is another cause of PEM stack degradation. All problems are solved and tested by Electrochemical Impedance Spectrometry and the best amount of thickness of the membrane is determined. The result of EIS test with optimized sealing washer shows that the stack operation was optimized with the decrease of contact resistance in the several layers of stack in the active area of membrane.