شبیه سازی و تحلیل عملکرد پیل سوختی پلیمری با تاکید بر ساختار لایه کاتالیست: مدل یک بعدی توده ای

لایه کاتالیست یکی از اجزای حیاتی پیل سوختی پلیمری (PEMFC) است که عملکرد آن به شدت تحت تاثیر پارامترهای ساختاری و عملیاتی قرار دارد. در این پژوهش، یک مدل یک بعدی مبتنی بر رویکرد توده ای برای شبیه سازی PEMFC توسعه یافت. فرضیات مدل شامل رفتار ایده آل گازها، جریان تراکم ناپذیر و آرام، ساختار همگن غشاء و الکترود، و جریان دوفازی کاملا اشباع بود. مجموعه معادلات حاکم شامل بقای جرم، بار و انتقال آب با استفاده از تابع BVP۵c در نرم افزار متلب حل شد. مدل ارائه شده با داده های تجربی در محدوده چگالی جریان A/cm² ۰ تا ۱ اعتبارسنجی شد و انطباق قابل قبولی نشان داد. نتایج شبیه سازی نشان داد که پارامترهای ضخامت لایه کاتالیست، درجه اشباع آب و شعاع توده های کاتالیستی بیشترین تاثیر را بر عملکرد پیل دارند. افزایش دمای کاری تا محدوده ۷۰-۸۰ درجه سانتی گراد و بار پلاتین تا حدود mg/cm² ۰.۴ عملکرد را بهبود بخشید. در مقابل، افزایش تخلخل لایه کاتالیست و شعاع توده ها اثر منفی بر عملکرد داشت، در حالی که تغییر تخلخل لایه نفوذ گاز (GDL) تاثیر محسوسی بر منحنی عملکرد نشان نداد. این مدل می تواند به عنوان ابزاری موثر برای بهینه سازی طراحی لایه کاتالیست و بهبود مدیریت آب در پیل سوختی پلیمری مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

پیل سوختی پلیمری ، مدل یک بعدی ، لایه کاتالیست توده ای ، مدیریت آب ، انتقال جرم