با توجه به اهمیت تأثیر شکل ساختاری و میزان حد اشباع لایه‌ی کاتالیزور کاتدی بر عملکرد پیل سوختی غشایی یک مدل میکروسکوپی به‌منظور شبیه‌سازی فرایندهای انتقال در این لایه ارائه می‌گردد. براساس این مدل، عامل پیچ و خم و ضریب نفوذ مؤثر لایه‌ی کاتالیزور با ضرایب تخلخل و حد اشباع‌های متفاوت به‌دست آمد. نحوه‌ی توزیع آب از حل معادلات جریان دوفازی با استفاده از روش حجم سیال حاصل گردید. در این تحقیق، ساختار لایه‌ی کاتالیزور با بهره‌گیری از فرض وجود آگلومره‌های کربنی به-صورت دایره‌ و کره‌های هم‌اندازه به‌ترتیب در محیط‌های دوبعدی و سه‌بعدی ایجاد گردید. برای قرارگیری آگلومره‌ها در سیستم از یک الگوریتم ترتیبی استفاده شد. مقایسه-ای بین نتایج به‌دست آمده از میدان حل دوبعدی و سه‌بعدی انجام گردید. به‌علت عامل پیچ و خم بیشتر محیط دوبعدی از محیط سه‌بعدی، مقدار کمتری برای ضریب نفوذ مؤثر محیط دوبعدی به‌دست آمد. با این حال، ملاحظه گردید که منحنی تغییرات نتایج بر حسب ضریب تخلخل تقریباً یکسان است. ضریب نفوذ مؤثر لایه‌ی کاتالیزور با ضرایب تخلخل و حد اشباع‌های مختلف به‌دست آمد. با توجه به نتایج، افزایش حد اشباع باعث کاهش ضریب نفوذ مؤثر می‌شود که این امر به علت بسته شدن مسیرهای عبور گاز توسط آب موجود در سیستم است. همچنین، کاهش ضریب تخلخل باعث کاهش ضریب نفوذ مؤثر لایه‌ی کاتالیزور می‌گردد که این امر به‌علت افزایش عامل پیچ و خم است. کاهش ضریب نفوذ مؤثر اکسیژن در لایه‌ی کاتالیزور کاتدی باعث کاهش غلظت اکسیژن موجود در محل واکنش الکتروشیمیایی و در نتیجه موجب افت کارایی پیل سوختی غشایی می‌گردد.

واژه‌های کلیدی: مدل‌سازی میکروسکوپی، لایه‌ی کاتالیزور کاتدی، جریان دوفازی، پیل سوختی غشایی، ضریب نفوذ مؤثر

متن کامل [PDF 1360 kb]   (6568 دریافت)