مدل سازی یک بعدی عملکرد یک پیل سوختی با غشا پلیمری

در این مقاله یک پیل سوختی غشاء پلیمری با استفاده از مدل یک بعدی، پایا و همگن مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا معادلات حاکم بر صفحه توزیع گاز و لایه نفوذ گاز استخراج و افت‌های اهمی و میزان انتقال اکسیژن در آن مدل‌سازی شده و در ادامه میزان انتقال اکسیژن در لایه کاتالیست کاتد که کلیدی‌ترین بخش پیل سوختی است با استفاده از روش همگن مدل‌سازی می‌شود و معادلات دیفرانسیل حاکم بر لایه کاتالیست کاتد استخراج شده و با استفاده از یک کد کامپیوتری در زبان برنامه نویسی MATLAB حل می‌شود و از آن افت فعالسازی بدست می‌آید و در ادامه میزان افت اهمی در غشا پلیمری و همچنین افت غلظت نیز با استفاده از یکسری فرضیات مهندسی مدل‌سازی می‌گردد. سرانجام با استفاده از تمامی افت‌ها، ولتاژ کلی پیل سوختی محاسبه و منحنی ولتاژ خروجی پیل رسم شده و  مقایسه نتیجه حاصله از این تحقیق با نتایج تجربی صحت مدل سازی این پیل را نشان می‌دهد. همچنین مطالعات کمی جهت بررسی تأثیر یکسری از پارامترهای طراحی مانند ضریب تخلخل لایه نفوذ گاز، میزان اشباع شدگی لایه نفوذ گاز، ضخامت لایه نفوذ گاز، میزان بارگذاری پلاتین بر واحد سطح لایه کاتالیست کاتد، میزان نفوذ غشاء در لایه کاتالیست کاتد و میزان اشباع شدگی لایه کاتالیست کاتد بر ولتاژ و افت فعال­سازی پیل سوختی مورد بررسی و تحلیل قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد تأثیر میزان اشباع­شدگی لایه کاتالیست کاتد نسبت به سایر پارامترها بر کارایی پیل بیشتر است.