بهینه سازی لایه ی کاتالیست کاتدی در پیل های سوختی غشای تبادل پروتون

واکنش احیای اکسیژن در سمت کاتد پیل های سوختنی غشا تبادل پروتون واکنشی کند است و بیش تر تلفات به این بخش از پیل مربوط می شود. به علت فرایندهای محدودکننده بسیاری که در این لایه واکنش رخ می‎دهد، مدل کردن این لایه اهمیت به سزایی دارد. مدل ارایه شده مدلی دوبعدی دوفازی است که در آن کانال عبوری جریان، لایه ی نفوذ گازی، لایه ی ماکروحفره ها و لایه ی کاتالیست مدنظر قرار گرفته است. غلظت اجزای گازی، درصد اشباع آب مایع در طول کاتد و پتانسیل محلی یونومر در لایه ی کاتالیست با استفاده از حل معادله های مربوطه توسط نرم افزار متلب (Matlab) در تمام نقاط محاسبه شده است. پس از مقایسه ی نتیجه های به دست آمده از مدل و داده های آزمایشگاهی، تاثیر پارامترهای طراحی شامل میزان بارگذاری پلاتین، ضخامت لایه کاتالیست و کسر وزنی یونومر، برای رسیدن به بیش ترین جریان تولیدی بررسی شد. در ولتاژهای بالا مقدارهای بهینه برای میزان بارگذاری پلاتین، ضخامت لایه کاتالیست و کسر وزنی یونومر به ترتیب mg/cm۲ ۹/۰, µm ۱۵ و ۵۵% و در ولتاژهای پایین مقدارها به ترتیب mg/cm۲۵/۰,µm ۳۰ و ۴۵% وزنی گزارش شد.

کلیدواژه ها:

پیل سوختی غشای تبادل پروتون ، لایه ی کاتالیست کاتد ، مدل سازی ، بهینه سازی