بررسي اثر شرايط كاركردي سمت كاتد بر عملكرد پيل‌سوختي پليمري

the effect of cathode operational conditions on PEM fuel cells performance

در اين مقاله، به بررسي تأثير شرايط كاركردي سمت كاتد يك پيل سوختي پليمري بر روي عملكرد آن پرداخته مي‌شود. براي اين منظور، شبيه سازي دوبعدي و دوفازي يك واحد پيل سوختي شامل كانال‌هاي گاز، لايه‌هاي نفوذ گاز و كاتاليست سمت كاتد و آند و نيز ناحيه غشاء انجام شده است. معادلات حاكم بر جريان پيل سوختي با استفاده از مدل چند فازي ميكسچر و با لحاظ نمودن مدل تك ناحيه اي با استفاده از كد نويسي حل شده و غلظت اجزاء واكنش‌گر و در نتيجه منحني قطبيت پيل بدست آمده اند. همچنين اثر تغيير ولتاژ، فشار، دما، سرعت و رطوبت نسبي سمت كاتد بر ميزان غلظت اكسيژن و آب و نيز عملكرد پيل مورد مطالعه و ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش ميزان دماي كاركرد پيل، عملكرد پيل سوختي بهبود مي‌يابد. همچنين با افزايش سرعت، فشار و رطوبت نسبي جريان گاز ورودي به كانال، راندمان پيل سوختي افزايش مي‌يابد. به منظور صحه گذاري نتايج بدست آمده، منحني عملكرد حاصل از شبيه سازي تك فازي و دوفازي با نتايج آزمايشگاهي مقايسه گرديده و تطابق خوبي بين آن‌ها مشاهده شده است.

In this paper, the effect of operating conditions on the cathode of a fuel cell is made of plastic on its performance. For this purpose, two-dimensional and two-phase simulation of a fuel cell unit including gas ducts, gas diffusion layers and the cathode and the anode catalyst and the membrane area was conducted. The governing equations of the fuel cell using multi-phase model caraway and with regard to the single zone model was solved using coding and concentration Vaknsh‌Gr components resulting in cell polarization curves were obtained. The effect of voltage, pressure, temperature, speed and relative humidity of the cathode on the concentration of oxygen and water as well as cell function studied and evaluated. The results show that by increasing the operating temperature of the cell, fuel cell performance improves. With increasing speed, pressure and relative humidity of the gas stream entering the channel, fuel cell efficiency increases. In order to validate the results obtained, the yield curve of single-phase and two-phase simulation compared with experimental results and good agreement was observed between them.