در این مقاله، به بررسی تاثیر اضافه نمودن یک لایه‌ متخلخل آب‌گریز (MPL) در سمت کاتد یک پیل سوختی پلیمری بر عملکرد آن پرداخته می‌شود. برای این منظور، شبیه‌سازی سه‌بعدی و دو‌فازی غیر هم‌دما برای لایه‌های مختلف سمت کاتد یک پیل سوختی پلیمری شامل کانال گاز، لایه‌ نفوذ گاز (GDL)، لایه‌ متخلخل نفوذ گازی آب گریز (MPL) و لایه‌ کاتالیست انجام شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال درون پیل سوختی با استفاده از مدل چند فازی میکسچر از طریق کد نویسی حل شده و توزیع سرعت، فشار، دما، غلظت اجزاء واکنش‌گر و میزان اشباع آب مایع در لایه‌های مختلف سمت کاتد پیل بدست آمده اند. همچنین اثر تغییر خواص فیزیکی و رطوبتی MPL شامل ضخامت، تخلخل، زاویه‌ تماس و نفوذپذیری آن بر میزان اشباع آب و نیز عملکرد پیل مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که با افزودن لایه‌ اضافی MPL بین لایه‌های نفوذ گاز و کاتالیست به دلیل تفاوت در خواص رطوبتی این لایه‌ها یک ناپیوستگی در اشباع آب و غلظت اجزاء واکنش‌گر در سطح تماس آنها به‌وجود می‌آید. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده، افزایش تخلخل MPL باعث کاهش اشباع آب مایع و در نتیجه بهبود عملکرد پیل می‌شود، در حالی که افزایش ضخامت آن، عملکرد پیل را کاهش می‌دهد. به منظور صحه‌گذاری نتایج بدست آمده، منحنی عملکرد حاصل از شبیه‌سازی تک‌فازی و دوفازی پیل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده و تطابق خوبی مشاهده شده است.

واژه‌های کلیدی: پیل سوختی پلیمری، شبیه سازی دوفازی، لایه متخلخل آب‌گریز، منحنی عملکرد پیل سوختی، اشباع آب مایع

متن کامل [PDF 805 kb]   (6806 دریافت)