آنالیز حساسیت و بهبود عملکرد پیل سوختی غشا پلیمری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی، تهران ، ایران

2 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

10.22078/pr.2020.3945.2799

چکیده

با افزایش الودگی زیست محیطی استفاده از انرژی های تجدیدپذیر اهمیت بالایی پیدا کرده است. پیل سوختی غشاء پلیمری، یکی از روش های تولید انرژی تجدیدپذیر است که به دلیل بسیاری از مزایای آن، مانند انتشار کم آلودگی و راندمان بالا، در طیف وسیعی از زمینه ها به کار رفته است. در پیل سوختی، ابعاد اجزا نقش مهمی در عملکرد آن دارد. در این پژوهش ، حل عددی در حالت پایا، سه بعدی، دوفاز و دما ثابت انجام شد. اثر ابعاد سطع مقطع کانال ، ضخامت غشا ، ضخامت لایه‏ی نفوذ گاز ، ضخامت لایه کاتالیست و اندازه شانه کانال بر عملکرد پیل سوختی غشاء پلیمری مطالعه گردید. این آنالیز شامل مطالعه دو شاخص حداکثر چگالی توان و میانگین چگالی جریان است که در طیف وسیعی از ولتاژ های عملیاتی بررسی می‏گردد. نتایج نشان می‏دهد که تعیین ابعاد مناسب برای اجزا پیل، تاثیر زیادی بر بهبود عملکرد می‏گذارد. با مقایسه اثر ابعاد بر روی این شاخص‏ها، رتبه بندی متفاوتی به‏دست می‏آید. کاهش عرض کانال و ضخامت غشا پلیمری بیش‏ترین نقش را در تعیین عملکرد پیل دارد. تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی عددی و داده‏های تجربی حاصل گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Sensitive analysis and performance enhancement of proton exchange membrane fuel cell

نویسندگان [English]

  • Mehrzad Shams 1
  • Mehrdad Ghasabei 2
1 thermof;uid Dept., Faculty of Mech Eng., K.N.Toosi University of Tech., Tehran, Iran
2 Mechanical Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Due to increasing environmental pollution, the use of renewable energies is very important. Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is for producing renewable energy, which is applied in a wide range of fields due to its many merits, such as low emissions, high power density and high efficiency. Dimension of components of PEMFC plays an important role on its performance. In this article, Numerical solution are performed by assuming two phase, steady and isothermal. The effect of channel dimensions and thickness of gas diffusion layer, catalyst layer and membrane were studied on the performance of the PEMFC. This analysis involves studying two indicators of maximum power density and average current density, which was investigated in a wide range of voltage operations. The results show that determining proper dimensions for cell components has a great impact on the performance. By comparing the effect of dimensions on two indicators, different rankings are obtained. Channel width and thickness of polymer membrane have the most important role in determining cell performance. Good correspondence between numerical results and experimental data achieved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PEMFC
  • Power Density
  • Current Density
  • Sensitive Analysis