تحلیل آزمایشگاهی و عددی پیل سوختی پلیمری با یک کانال مارپیچ متقارن جدید

در این مقاله ابتدا یک پیل سوختی پلیمری با الگوی جدید کانال جریان، با عنوان الگوی کانال مارپیچ متقارن (جدید) طراحی و ساخته شده است. پیل ساخته شده دارای توان نامی حدود 10 وات، مساحت ناحیه فعال 25 سانتی متر مربع و دارای غشاء نفیون-117 می باشد. با استفاده از دستگاه تست پیل سوختی اثر دما و رطوبت نسبی گازهای سمت کاتد بر عملکرد آن (نمودار ولتاژ – چگالی جریان پیل) موردبررسی قرارگرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که پیل ساخته شده قادر است ماکزیمم چگالی توان (حدود 45/0 وات بر سانتی متر مربع) را تولید نماید. سپس مدل سازی عددی سه بعدی و کامل پیل سوختی ساخته شده (شامل همه 9 لایه پیل سوختی) و در ابعاد واقعی انجام شده است. بدین منظور، معادلات دیفرانسیل پاره ای همبسته شده غیرخطی بقاء جرم، بقاء اندازه حرکت (مومنتم)، بقاء اجزاء، بقاء انرژی و شارژ به همراه روابط سینتیک الکتروشیمیایی در نواحی مختلف پیل به صورت الگوی تک ناحیه ای و تک فاز (فقط فاز گاز) تدوین و به کمک نرم افزار تجاری فلوئنت حل شده اند. نتایج مدل سازی عددی نشان می دهد که کانال مارپیچ متقارن (جدید) قادر است حتی در چگالی های جریان بالا توزیع دما و غلظت مطلوبی را در سراسر ناحیه فعال ایجاد نماید.