بهینه‌سازی لایه‌ی کاتالیست کاتدی در پیل‌های سوختی غشای تبادل پروتون

واکنش احیای اکسیژن در سمت کاتد پیل‌های سوختنی غشا تبادل پروتون واکنشی کند است و بیش‌ تر تلفات به این بخش از پیل مربوط می‌شود. به علت فرایندهای محدودکننده بسیاری که در این لایه واکنش رخ می‎دهد، مدل کردن این لایه اهمیت به‌ سزایی دارد. مدل ارایه شده مدلی دوبعدی ـ دوفازی است که در آن کانال عبوری جریان، لایه‌ی نفوذ گازی، لایه‌ی ماکروحفره‌ ها و لایه‌ی کاتالیست مدنظر قرار گرفته است. غلظت اجزای گازی، درصد اشباع آب مایع در طول کاتد و پتانسیل محلی یونومر در لایه‌ی کاتالیست با استفاده از حل معادله ‌های مربوطه توسط نرم‌افزار متلب (Matlab) در تمام نقاط محاسبه شده است. پس از مقایسه‌ی نتیجه‌ های به دست آمده از مدل و داده‌های آزمایشگاهی، تأثیر پارامترهای طراحی شامل میزان بارگذاری پلاتین، ضخامت لایه کاتالیست و کسر وزنی یونومر، برای رسیدن به بیش‌ ترین جریان تولیدی بررسی شد. در ولتاژهای بالا مقدارهای بهینه برای میزان بارگذاری پلاتین، ضخامت لایه کاتالیست و کسر وزنی یونومر به ترتیب mg/cm2 9/0, µm 15 و 55% و در ولتاژهای پایین مقدارها به ترتیب mg/cm25/0,µm 30 و 45% وزنی گزارش شد.