دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 17 6 2017 08 23 Prediction of degradation in performance of cathode catalyst layer during load cycling پیش بینی زوال لایه کاتالیست کاتد پیل سوختی غشاء پلیمری تحت بارگذاری دوره ای 67 78 9916 FA مهبد معین جهرمی دانشجوی دکترا دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر محمد جعفر کرمانی دانشیار امیرکبیر سعید موحد استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر Journal Article 1970 01 01 Degradation of Fuel Cell (FC) components under dynamic loads is one of the biggest bottlenecks in FC commercialization. A novel experimental based model is presented to predict the Catalyst Layer (CL) performance loss under a given cyclic load. It consists of two sub-models: Model 1 computes CL Electro-Chemical Surface Area (ECSA) under an N-cyclic load with aid of an analogy with fatigue phenomena of carbon steel by using some correction factors. Ostwald ripening of agglomerate particles in the CL is also modeled. Model 1 validation shows good agreements between its outputs and a large number of experiments with maximum 7% error. Model 2 is an already-completed task in an earlier study which uses the agglomerate model to calculate the CL performance for a given ECSA. Combination of Models 1 & 2 predicts the CL performance under a dynamic load. A set of parametric studies was performed to investigate the effects of operating parameters on the Voltage Degradation Rate (VDR). The results show that temperature is the most influential parameter; that an increase from 60oC to 80oC leads to 20.26% VDR increase, and pressure is the least effective one; that an increase from 2atm to 4atm leads to 1.41% VDR rise. از مهمترین مشکلات موجود بر سر راه تجاری سازی پیل های سوختی غشاء پلیمری، قیمت و زوال پیل سوختی در اثر اعمال بارگذاری متناوب است. اعمال بارگذاری متناوب نمود استفاده از پیل سوختی به منظور تامین توان برای خودروها می باشد. مدل جدیدی بر اساس مطالعات تجربی موجود برای بررسی کاهش کارایی پیل تحت بارگذاری متناوب ارائه شده است. این مدل از دو زیر-مدل تشکیل شده است: مدل 1، میزان کاهش سطح فعال الکتروشیمیایی را تحت بارگذاری متناوب با استفاده از برقراری شباهتی با آنالیز خستگی فولاد و بکار بردن ضرایب تصحیح، محاسبه می کند. در این مدل همچنین رسوب استوالد ذرات توده‌ای لایه کاتالیست شبیه سازی شده است. صحت سنجی این مدل تطابق خوبی بین خروجی آن و اطلاعات بدست آمده از آزمایشات تجربی با خطای کمتر از 7% را نشان می دهد. مدل 2، مدلی کامل شده در مطالعات پیشین است، که کارایی لایه کاتالیست را با استفاده از مدل توده ای و میزان سطح فعال الکتروشیمیایی محاسبه می کند. ترکیب مدل 1 و 2 قادر به پیش بینی کارایی لایه کاتالیست تحت بارگذاری متناوب است. مطالعات پارامتری برای بررسی اثر پارامترهای عملکردی بر نرخ زوال ولتاژ انجام شده است. نتایج نشان می دهد که دما دارای بیشترین تاثیر بر نرخ زوال ولتاژ است بطوریکه با افزایش دما از 60 به 80 درجه سانتیگراد 20.26% نرخ زوال افزایش می یابد. فشار نیز کمترین تاثیر را دارد بطوریکه با افزایش فشار از 2 به 4 اتمسفر نرخ زوال ولتاژ 1.41% افزایش می یابد. https://mme.modares.ac.ir/article_9916_853573b5a907ed8b2f4fec25a92406a2.pdf