بررسی اثر آرایش توده ها بر عملکرد لایه ی کاتالیست الکترود کاتد یک پیل سوختی پلیمری

پیل‌های سوختی پلیمری به دلیل مزایای متعدد و کاربردهای متنوعشان در صنعت خودرو و ... امروزه مورد توجه اغلب محققان می-باشند. با این وجود، شبیه‌سازی آنها به دلیل فیزیک و مایکروساختار نسبتاً پیچیده‌‌ی آنها با دشواری‌هایی همراه بوده‌است. در مقاله‌ی حاضر، جریان واکنش پذیر هوا در الکترود کاتد یک پیل سوختی پلیمری توسط یک رویکرد چندمقیاسی شبکه-بولتزمن شبیه سازی گردیده است. بدین منظور، یک مدل توده‌ای دو بعدیِ تکفازی مبتنی بر روش شبکه-بولتزمن ارائه و صحت آزمایی گردیده و جهت مدلسازی لایه‌ی کاتالیست استفاده شده است. میدان سرعت و توزیع گونه‌های شیمیایی در ناحیه‌ی حفره، توزیع میزان آب و پتانسیل الکتریکی در لایه‌ی نازک الکترولیت اطراف توده‌ها، و توزیع چگالی جریان الکتریکی در مرز غشاء و لایه‌ی کاتالیست برای هر دو آرایش منظم و نامنظم توده‌ها ارائه و تحلیل گشته-اند. نتایج این پژوهش حاکی از آن است که پارامترهای بررسی شده به شدت از آرایش توده‌ها در لایه‌ی کاتالیست اثر می‌پذیرند. همچنین نتایج مذکور حاکی از آن اند که در شبیه سازی پیل‌های سوختی می‌بایست از روش‌هایی که قادر به در نظر گرفتن مایکروساختارهای پیچیده می‌باشند، نظیر روش مقیاس-حفره‌‌ی شبکه-بولتزمن استفاده نمود. نتایج این پژوهش می‌تواند راهنمایی‌های مهمی جهت طراحی بهتر لایه کاتالیست این گونه پیل‌ها در اختیار قرار دهد.