مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی ساختاری مدل توده ای کاتالیست کاتد و مقایسه آن با مدل هموژن در پیل سوختی پلیمری

نویسندگان
1 عضو هیات علمی دانشگاه بیرجند
2 سمتی ندارد
چکیده
کاتالیست یکی از اجزای مهم پیل‌سوختی است که مدل‌سازی و بهینه‌سازی آن تاًثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی عملکرد و قیمت پیل سوختی پلیمری دارد. علی رغم موفقیت‌هایی که در دو دهه گذشته در جهت افزایش عملکرد پیل سوختی بدست آمده است ولی هنوز واکنش کند اکسیژن در لایه کاتالیست کاتد و محدودیت های انتقال جرم از عوامل اصلی کاهش راندمان و عملکرد پیل سوختی پلیمری محسوب می‌شوند. هدف از این مقاله مدل سازی لایه کاتالیست کاتد پیل سوختی پلیمری به دو صورت هموژن و توده ای و مقایسه آن ها با هم است. معادلات حاکم شامل معادله نفوذ اکسیژن، معادله نرخ انجام واکنش های الکتروشیمیایی، معادلات انتقال پروتون و الکترون و معادلات کمکی هستند که توسط نرم افزار متلب حل شده و با داده های آزمایشگاهی و عددی موجود در مقالات اعتبارسنجی شده اند. نتایج نشان می دهند که در یک ضریب تخلخل ثابت، با افزایش شعاع توده ها و ضخامت یونیمر اطراف آن ها ، افت فعال سازی افزایش و غلظت اکسیژن در محل های واکنش کاهش می یابند که این منجر به افت منحنی عملکرد پیل سوختی می‌شود. همچنین با کاهش هرچه بیشتر شعاع توده ها ساختار مدل توده ای بسمت مدل هموژن میل کرده و منحنی عملکرد پیل سوختی بر مبنای مدل توده ای به سمت منحنی عملکرد پیل سوختی بر مبنای مدل هموژن میل می کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Structural study of agglomerate model of the cathode catalyst layer and comparison with the homogeneous model in the PEM fuel cell

نویسندگان English

Hassan Hassanzadeh 1
Mahmood Rasti 2
چکیده English

Catalyst layer is one of the important components of PEM fuel cell that its modeling and optimization can have a significant effect on the performance and the price of fuel cell. Despite successes were obtained to improve the fuel cell performance but still the slow reaction of oxygen in the cathode catalyst layer and mass transfer limitations are the main factors that reduce the efficiency and the performance of PEM fuel cell. The aim of this paper is modeling the cathode catalyst layer with homogeneous and agglomerate models and comparison with together. The governing equations are including oxygen diffusion equation, electrochemical reaction rate equation, transport equations of protons and electrons and auxiliary equations that solved by Matlab software and validated with experimental and numerical data available in the literature. The results show that at constant porosity, with increasing the agglomerate radius and thickness of ionomer film around agglomerate, the activation loss is increased and the concentration is reduced therefore the fuel cell performance is reduced. By more decreasing the radius of agglomerate, the fuel cell performance curve base on the agglomerate model approach to the performance curve base on the homogenous model.

کلیدواژه‌ها English

agglomerate model
cathode catalyst layer
PEM fuel cell
comparison with homogeneous model