استفاده از لرزش موضعی در افزایش بازدهی چیل های سوختی

چکیده پیل سوختی نوعی پیل الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی حاصل از واکنش را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. سازه و بدنه اصلی پیل سوختی از الکترولیت، الکترود آند و الکترود کاتد تشکیل شده است. در یک پیل سوختی، سوخت به طور پیوسته به الکترود آند و اکسیژن به الکترود کاتد تزریق می شود. واکنش های الکتروشیمیایی در الکترودها انجام شده و با ایجاد پتانسیل الکتریکی جریان الکتریکی برقرار می گردد. گاز هیدروژن به دلیل تمایل واکنش دهندگی بالا به همراه چگالی انرژی بالا به عنوان سوخت ایده آل در پیل سوختی مورد استفاده قرار می گیرد. پیل های سوختی انواع مختلفی دارند.پیل سوختی غشا پلیمری (pemfc)یکی از انواع پیل های سوختی است که از نقطه نظر طراحی و کارکرد یکی از جذابترین انواع آنهاست. پیل سوختی پلیمری دارای الکترولیت پلیمری به شکل یک ورقه نازک منعطف است که هادی یون هیدروژن (پروتون) می باشد و بین دو الکترود متخلخل قرار می گیرد. جهت کارایی مطلوب لازم است الکترولیت، از آب اشباع باشد. نفیون یکی از بهترین الکترولیت های مورد استفاده در این نوع پیل سوختی است. کاتالیست مورد استفاده در این پیل سوختی اغلب از جنس پلاتین بوده و میزان کاتالیست مصرفی در الکترودهای این نوع پیل سوختی بیشتر از سایر انواع پیل سوختی است. این نوع پیل سوختی به دلیل دمای پائین به زمان کمی برای راه اندازی نیاز دارند و همین خصوصیت آن ها را بهترین گزینه در کاربردهای وسایل نقلیه بعنوان جایگزین برای موتور احتراق داخلی دیزلی و بنزینی معرفی می نماید. همچنین این سیستم ها کاربردی مناسبی در زمینه مولدهای خانگی، نیروگاهی کوچک، صنعت حمل ونقل و نظامی دارند. مساله مدیریت آب در pemfc ها در دستیابی به پتانسیل مساله ای بحرانی است. الکترولیت غشا نیازمند هیدراسیون (توسط رطوبت گازهای آند و کاتد ) می باشد. همچنین از طرفی آب به علت واکنش الکتروشیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن در سمت کاتد تولید می شود. حضور آب مایع درلایه نفوذ گاز (gdl)جریان واکنشگرها به لایه کاتالیستی را محدود می کند و بنابراین نرخ کلی سرعت واکنش را کاهش داده و بیشینه توان پیل را می کاهد. در این تحقیق سعی بر این است تا با ساخت دستگاه تست پیل سوختی غشا پلیمری وسپس افزودن لرزش موضعی در سمت کاتد پیل سوختی، بازدهی پیل سوختی افزایش یابد. در واقع هدف این است که افزودن لرزش مانع از تجمع آب ودر نتیجه آن انسداد کانال های جریان گاز شود. نتایج آزمایشات نشان داد که در دماهای عملیاتی بالاتر که پیل بهتر کار می کند، این لرزش تاثیری بر افزایش راندمان پیل ندارد. اما در دماهای پایین تر، ویبراسیون به نحو چشمگیری سبب بالا رفتن بازدهی پیل سوختی می شود. چراکه در دماهای پایین رطوبت به صورت مایع تشکیل شده و لرزش سبب تحریک این آب برای خروج از پیل می شود. بنابراین از انسداد مجاری جریان گاز و افت پتانسیل ناشی از آن جلوگیری به عمل آمده و بازدهی پیل افزایش می یابد. همچنین در این تحقیق تاثیر شرایط عملیاتی مختلف شامل دما، دبی ونحوه قرار گرفتن پیل بر بازدهی پیل مورد بررسی مجدد قرار گرفت