بررسی پارامتری جامع لایه کاتالیست کاتدی پیل سوختی غشا تبادل پروتون بر اساس ساختار کلوخه ای

لایه کاتالیست اغلب نازک ترین لایه در پیل سوختی است، اما به خاطر چند فازی، تخلخل و واکنش های الکتروشیمیایی پیچیده ترین قسمت است. عملکرد پیل سوختی غشا تبادل پروتون شدیدا متاثر از عملکرد لایه کاتالیست کاتد است. در این تحقیق یک مدل یک بعدی، دما ثابت و پایا با ساختار کلوخه ای برای لایه کاتالیست کاتد در نظر گرفته شده و توسعه یافته است. پس از نوشتن معادلات حاکم لایه کاتالیست، معادلات دیفرانسیلی برای متغیرهای مستقل دانسیته جریان، غلظت اکسیژن و افت فعال سازی حاصل شده که به همراه شرایط مرزی مربوطه یک دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی مرتبه اول غیرخطی را تشکیل می دهند. دستگاه معادلات با کد نویسی در نرم افزار Matlab نسخه ۲۰۱۱، به وسیله روش پرتابی و توابع مساله مقدار مرزی حل شده است. پس از اعتبار سنجی مدل با نتایج تئوری و تجربی، مطالعه پارامتری جامعی از اثر چهارده پارامتر شامل پارامترهای عملیاتی دما، فشار و اشباع آب و پارامترهای ساختاری لایه کاتالیست مانند مقدار پلاتین، جز حجمی یونومر، تخلخل و ضخامت لایه کاتالیست، شعاع و تخلخل کلوخه و غیره بر عملکرد پیل سوختی انجام شده است. مشخص شد که پارامترهای اشباع آب، شعاع کلوخه و جز حجمی یونومر بیشترین تاثیر را بر عملکرد لایه کاتالیست دارند.

کلیدواژه ها:

PEM Fuel Cell ، Agglomerate Model ، Fuel cell Performance ، Cathode Catalyst Layer Modeling ، Comprehensive Parametric Study ، پیل سوختی غشا تبادل پروتون ، مدل کلوخه ای ، عملکرد پیل سوختی ، مدل سازی لایه کاتالیست کاتد ، مطالعه پارامتری جامع