تحلیل سه‌بعدی اثر افزودن یک لایه متخلخل آب‌گریز بر اشباع آب در سمت کاتد یک پیل سوختی پلیمری

Abstract

در این مقاله، به بررسی تاثیر اضافه نمودن یک لایه‌ متخلخل آب‌گریز (MPL) در سمت کاتد یک پیل سوختی پلیمری بر عملکرد آن پرداخته می‌شود. برای این منظور، شبیه‌سازی سه‌بعدی و دو‌فازی غیر هم‌دما برای لایه‌های مختلف سمت کاتد یک پیل سوختی پلیمری شامل کانال گاز، لایه‌ نفوذ گاز (GDL)، لایه‌ متخلخل نفوذ گازی آب گریز (MPL) و لایه‌ کاتالیست انجام شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال درون پیل سوختی با استفاده از مدل چند فازی میکسچر از طریق کد نویسی حل شده و توزیع سرعت، فشار، دما، غلظت اجزاء واکنش‌گر و میزان اشباع آب مایع در لایه‌های مختلف سمت کاتد پیل بدست آمده اند. همچنین اثر تغییر خواص فیزیکی و رطوبتی MPL شامل ضخامت، تخلخل، زاویه‌ تماس و نفوذپذیری آن بر میزان اشباع آب و نیز عملکرد پیل مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که با افزودن لایه‌ اضافی MPL بین لایه‌های نفوذ گاز و کاتالیست به دلیل تفاوت در خواص رطوبتی این لایه‌ها یک ناپیوستگی در اشباع آب و غلظت اجزاء واکنش‌گر در سطح تماس آنها به‌وجود می‌آید. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده، افزایش تخلخل MPL باعث کاهش اشباع آب مایع و در نتیجه بهبود عملکرد پیل می‌شود، در حالی که افزایش ضخامت آن، عملکرد پیل را کاهش می‌دهد. به منظور صحه‌گذاری نتایج بدست آمده، منحنی عملکرد حاصل از شبیه‌سازی تک‌فازی و دوفازی پیل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده و تطابق خوبی مشاهده شده است.