مقايسه عملكرد پيلسوختي غشا پليمري با كانال ساده و فوم فلزي به عنوان توزيع كننده جريان

Comparison of PEM fuel cell performance with metal foam and parallel channel as flow-field gas distributor

به منظور، توزيع يكنواخت گازهاي واكنشگر، كاهش وزن، صرفهجويي در هزينه ماشينكاري كانالهاي جريان و عملكرد بهتر پيل سوختي غشا پليمري، در اين مقاله از فوم فلزي به عنوان توزيع كننده گازها استفاده ميشود. با توسعه يك مدل سه بعدي، معادلات پيوستگي، بقاي مومنتوم، اجزا، شارژ و انرژي به همراه روابط الكتروشيميايي در نواحي مختلف پيل با يك مدل تك ناحيهاي و به روش عددي حل شدهاند و عملكرد پيل با فوم فلزي با پيلهاي متداول مقايسه گرديده است. نتايج نشان ميدهند كه در پيل با فوم فلزي، انتقال گازهاي واكنشگر به لايههاي كاتاليست و ميزان چگالي جريان بيشتر و توزيع گازها و چگالي جريان در دانسيته جريانهاي بالا، بسيار يكنواختتر است. در دانسيته جريانهاي پايين و متوسط، عملكرد پيل با فوم فلزي و كانال معمولي تقريباً مشابه يكديگر است؛ اما در دانسيته جريان- هاي بالا، عملكرد پيل با فوم فلزي به دليل انتقال بالاتر اجزا و از بين رفتن افتهاي انتقال جرم ناشي از شانههاي كانال بهتر است.به دليل ضريب نفوذپذيري بالاي فوم فلزي، افت فشار اين پيلها در مقايسه با پيلهاي متداول اندكي بيشتر است و اين مساله، نگراني ناشي از افزايش مصرف توان پيل در سيستمهاي جانبي پيل را بر طرف كرده و استفاده از فومهاي فلزي را بسيار توجيهپذير ميسازد.

In this paper, metal foams as ?ow ?eld are used in structures to effectively distribute the gaseous reactants for the electrochemical reactions, reduce weight, save the cost of machining of flow-field channels and enhance performance in the PEM fuel cells. A 3D model is considered and a set of equations consist of continuity, momentum, species and charge together with electrochemical kinetics in the form of single domain is developed and solved numerically. The comparison is made between the PEM unit cell with metal foam and parallelchannel as flow-field gas distributor. The results show that after using metal foam ?ow ?eld designs, the reactant gases transfer and current density increases and gases and current density distribution improves. The performance of the cell with metal foam are similar to cell with paralle channels for low and intermediate current densities; however by increasing current density, the cell with metal foam has better performances, due to omit of ribs effects. Furthermore, metal foam high permeability and foam structure help distributing the reactant gases evenly while keeping pressure loss and therefore parasitic power loss.low.