مدل سازی انتقال جرم در پیل های سوختی پلیمری

پیل سوختی پلیمری (pemfc) با استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، یکی از بهترین روش ها برای کاربرد های مختلف به عنوان یک منبع انرژی پاک و کارآمد می باشد. یک از نیازهای اساسی برای پیشرفت پیل های سوختی پلیمری، پیش بینی رفتار و عملکرد پیل سوختی است. مدلسازی عددی روشی کارآمد برای فهم پدیده های انتقال با جزئیات و همچنین به عنوان ابزاری برای طراحی پیل سوختی می باشد. در این مطالعه یک مدل هم دما، هم فشار و پایا بر اساس منحنی قطبش یک پیل منفرد، برای پیش بینی عملکرد پیل سوختی پلیمری ارائه شده است. معادلات انتقال جرم و انتقال بار الکتریکی حاکم در پیل در حالت تک بعدی استخراج شده است. معادلات توسط روش تفاضل محدود صریح به کمک matlab حل شده اند. الکترود در شرایط عملیاتی کاملا خشک، مقدار آب موجود در غشا ثابت و مقاومت واکنش آند ناچیز در نظر گرفته شده است. در این مطالعه، مقدار m وn معادله افت پتانسیل غلظت، با استفاده از یک مدل نیمه تجربی در دماهای مختلف محاسبه شد و میانگین مقادیر بدست آمده به عنوان ضرایب تجربی معادله افت پتانسیل غلظت در مدل درنظر گرفته شده، استفاده گردید. مدلسازی بر روی یک پیل سوختی با دو غشای متفاوت انجام شد. نتایج بدست آمده در این مدل تطابق مناسبی با نتایج بدست آمده در کارهای آزمایشگاهی قبلی دارد. براساس نتایج حاصل از مدل سازی عملکرد پیل سوختی پلیمری، افت فعال سازی کاتد و مقاومت اهمی دارای بیشترین تاثیر در کاهش پتانسیل حاصل از پیل سوختی هستند؛ اما در چگالی جریانهای بالا افت پتانسیل غلظتی افزایش چشم گیری می یابد. افت پتانسیل ناحیه فعال برای تمام چگالی های جریان بیشترین مقدار را دارد و با افزایش دما مقدار آن نیز کاهش می یابد.