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

پیل های سوختی پلیمری به دلیل مزایای متعدد و کاربردهای متنوعشان در صنعت خودرو و... امروزه مورد توجه اغلب محققان می-باشند. با این وجود، شبیه سازی آنها به دلیل فیزیک و مایکروساختار نسبتا پیچیده ی آنها با دشواری هایی همراه بوده است. در مقاله ی 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 توده ای دو بعدی تکفازی مبتنی بر روش شبکه-بولتزمن ارائه و صحت آزمایی گردیده و جهت مدلسازی لایه ی کاتالیست استفاده شده است.
میدان سرعت و توزیع گونه های شیمیایی در ناحیه ی حفره، توزیع میزان آب و پتانسیل الکتریکی در لایه ی نازک الکترولیت اطراف توده ها، و توزیع چگالی جریان الکتریکی در مرز غشاء و لایه ی کاتالیست برای هر دو آرایش منظم و نامنظم توده ها ارائه و تحلیل گشته-اند. نتایج این پژوهش حاکی از آن است که پارامترهای بررسی شده به شدت از آرایش توده ها در لایه ی کاتالیست اثر می پذیرند. همچنین نتایج مذکور حاکی از آن اند که در شبیه سازی پیل های سوختی می بایست از روش هایی که قادر به در نظر گرفتن مایکروساختارهای پیچیده می باشند، نظیر روش مقیاس-حفره ی شبکه-بولتزمن استفاده نمود. نتایج این پژوهش می تواند راهنمایی های مهمی جهت طراحی بهتر لایه کاتالیست این گونه پیل ها در اختیار قرار دهد.