مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه سازی امپدانس غلظت سوخت پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای

نویسندگان
1 کارشناس ارشد خولجه نصیر
2 هیات علمی دانشگاه خواجه نصیر
3 دانشجوی دکتری دانشگاه خواجه نصیر
چکیده
در این مقاله یک مدل گذرا برای آند پیل‌های سوختی اکسید جامد ارائه شده است که علاوه بر عملکرد پایا و رفتار گذرای آنها، طیف امپدانس الکتروشیمیایی را نیز شبیه سازی می‌کند. مدل ارائه شده انتقال جرم را با فرآیند الکتروشیمیایی کوپل می‌کند. از معادلات بقای ناویر- استوکس و بقای اجزاء به صورت یک بعدی برای مدلسازی انتقال گاز در کانال آند استفاده شده و برای مدلسازی فرآیند الکتروشیمیایی از معادله خطی استفاده گردیده است. جهت مدلسازی امپدانس الکتروشیمیایی به مجموعه معادلات گذرای مذکور تحریک سینوسی اعمال شده و پاسخ سیستم جهت محاسبه امپدانس استفاده گردیده است. به منظور حل مجموعه معادلات به دست آمده، یک کد عددی بر پایه روش حجم محدود توسعه یافته است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهند که انتقال جرم در کانال آند منجر به ایجاد یک نیم دایره خازنی فرکانس پایین در نمودار نایکوئیست می‌گردد. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف مانند افت ولتاژ، دما، سرعت و غلظت هیدروژن ورودی بر انتقال جرم و طیف امپدانس حاصل از آن بررسی گردیده و بر روی نتایج حاصله بحث شده است. نتایج شبیه‌سازی تطابق خوبی با نتایج منتشر شده دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Fuel concentration impedance simulation of a planar Solid Oxide Fuel Cell

چکیده English

This paper presents a transient model for planar solid oxide fuel cells anode, which allows the simulation of steady-state performance characteristics, transient operation behavior, as well as electrochemical impedance spectra. The developed model couples the mass transport with electrochemical kinetics. The 1D Navier-Stokes conservation equations and species conservation equations are used for gas transport in the anode channel, and the linear kinetic is used for the anode electrochemistry. In order to model the electrochemical impedance, a sinusoidal excitation is imposed to system of transient equations and the obtained harmonic response is used as a base for electrochemical impedance spectra simulation. In order to solve the system of the nonlinear equations, a numerical code based on finite volume method is developed and utilized. Results show that the mass transfer in channel leads to a low frequency capacitive semicircle in the Nyquist plot. Moreover, the influence of parameters such as overvoltage, temperature, velocity and hydrogen inlet concentration on the electrochemical impedance has also been studied and the results are discussed. The simulation results are in good agreement with published data.

کلیدواژه‌ها English

Solid oxide fuel cell
Electrochemical Impedance Spectroscopy
Impedance Modeling
Concentration Impedance