بررسي آزمايشگاهي جريان الكترو-اسمز در اثر جريان و رطوبت گازهاي ورودي به پيل سوختي تك سلولي غشا پليمري

Experimental investigation of electro-osmotic flow in effect of current and humidity of inlet gases into the single PEM fuel cell

در پژوهش حاضر، رطوبت نسبي گازها در يك پيل سوختي با غشا مبادله كننده پروتون تغيير داده شد و اثر آن بر جريان الكترو-اسمز بررسي گرديد. با تغيير رطوبت در دو طرف پيل سوختي و استفاده از معادلات تعادل آب، مقادير جريان الكترو-اسمز، ضريب الكترو-اسمز و درگ خالص در رطوبت هاي مختلف به دست آمد. نتايج نشان داد كه تغييرات الكترو-اسمز بر حسب رطوبت آند و كاتد تا يك رطوبت خاص به صورت خطي تغيير مي كرد و بعد از آن تغيير زيادي مشاهده نگرديد. همچنين نتايج نشان داد كه تغيير رطوبت آند اثر مطلوب تري نسبت به تغيير رطوبت كاتد داشت. براي مثال، در رطوبت 70 درصد آند و 35 درصد كاتد با جريان 5 آمپر مقدار جريان الكترو-اسمز برابر با 2.66639×10-6 مول بر سانتي متر مربع بر ثانيه به دست آمد، درحالي كه در رطوبت 70 درصد كاتد و 35 درصد آند با همان جريان برابر با 2.56418×10-6 مول بر سانتي متر مربع بر ثانيه ثبت شد. نتايج نشان داد كه تغييرات ضريب الكترو-اسمز بر حسب رطوبت نيز به صورت خطي تغيير مي كرد. همچنين معلوم شد كه تغيير جريان پيل سوختي اثر چنداني بر نمودارهاي ضريب الكترو-اسمز ندارد. محدوده تغييرات ضريب الكترو-اسمز بين 0.636001 تا 1.632476 به دست آمد كه با اعداد موجود در مقالاتي كه در اين زمينه ارايه شده است، مطابقت خوبي داشت. همچنين، تغييرات درگ خالص برحسب رطوبت بررسي شد و مشخص گرديد كه درگ خالص برحسب رطوبت كاتد به صورت خطي با شيب مثبت تغيير مي كرد اما تغييرات برحسب رطوبت كاتد به صورت خطي با شيب منفي بود.

In this study, the relative humidity of the gases in the PEM fuel cell was changed and its effect on electro-osmotic flow was investigated. By changing the humidity on both sides of the fuel cell and using the water balance equations, the values of the electro-osmotic flow, electro-osmotic coefficient and net drag in different humidity levels were found. Results showed that variations of the electro-osmotic flow changed linearly by anode and cathode humidity to the special humidity and after that little variation was observed. In addition, the results revealed that humidity change at anode had a more desirable effect than the cathode. For example, at 70% anode humidity and 35% cathode humidity with the current of 5A, the value of electro-osmotic flow was obtained as 2.66639E-06 mol/cm2.s, while in the former 35% and the latter 70% with the same current, this value was recorded as 2.56418E-06 mol/cm2.s. In addition, results showed that the variations of the electro-osmotic coefficient changed linearly by humidity. It was determined the current change of fuel cell does not have a good effect on the curves of electro-osmotic coefficient. The electro-osmotic coefficients varied between 0.636001 and 1.632476, which were in good agreement with the values obtained in other related papers. In addition, the variations of the net drag with respect to humidity were investigated, too. It was determined that the net drag changed linearly by the cathode humidity with positive slope, but its variations by the anode humidity were linear with negative slope.