مدل سازی میکروسکوپی لایه ی کاتالیزور کاتدی پیل سوختی غشایی به منظور بررسی عامل پیچ و خم و ضریب نفوذ مؤثر

با توجه به اهمیت تأثیر شکل ساختاری و میزان حد اشباع لایه ی کاتالیزور کاتدی بر عملکرد پیل سوختی غشایی یک مدل میکروسکوپی به منظور شبیه سازی فرایندهای انتقال در این لایه ارائه می گردد. براساس این مدل، عامل پیچ و خم و ضریب نفوذ مؤثر لایه ی کاتالیزور با ضرایب تخلخل و حد اشباع های متفاوت به دست آمد. نحوه ی توزیع آب از حل معادلات جریان دوفازی با استفاده از روش حجم سیال حاصل گردید. در این تحقیق، ساختار لایه ی کاتالیزور با بهره گیری از فرض وجود آگلومره های کربنی به-صورت دایره و کره های هم اندازه به ترتیب در محیط های دوبعدی و سه بعدی ایجاد گردید. برای قرارگیری آگلومره ها در سیستم از یک الگوریتم ترتیبی استفاده شد. مقایسه-ای بین نتایج به دست آمده از میدان حل دوبعدی و سه بعدی انجام گردید. به علت عامل پیچ و خم بیشتر محیط دوبعدی از محیط سه بعدی، مقدار کمتری برای ضریب نفوذ مؤثر محیط دوبعدی به دست آمد. با این حال، ملاحظه گردید که منحنی تغییرات نتایج بر حسب ضریب تخلخل تقریباً یکسان است. ضریب نفوذ مؤثر لایه ی کاتالیزور با ضرایب تخلخل و حد اشباع های مختلف به دست آمد. با توجه به نتایج، افزایش حد اشباع باعث کاهش ضریب نفوذ مؤثر می شود 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 لایه ی کاتالیزور می گردد که این امر به علت افزایش عامل پیچ و خم است. کاهش ضریب نفوذ مؤثر اکسیژن در لایه ی کاتالیزور کاتدی باعث کاهش غلظت اکسیژن موجود در محل واکنش الکتروشیمیایی و در نتیجه موجب افت کارایی پیل سوختی غشایی می گردد.