استفاده از فوم فلزی در پیل سوختی غشا پلیمری

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی مکانیک دانشگاه اصفهان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه اصفهان

چکیده

در این مقاله، استفاده از فوم فلزی به‌عنوان توزیع‌کنندة گازهای واکنشگر و سیال خنک‌کننده، به‌منظور توزیع یکنواخت گازهای واکنشگر و دما، کاهش وزن، صرفه‌جویی در هزینة ماشین‌کاری کانال‌های جریان و عملکرد بهتر پیل سوختی غشا پلیمری مطرح و بررسی شده است. معادلات حاکم بر جریان گازهای واکنشگر در نواحی گوناگون پیل (اعم از معادلات پیوستگی، بقای مومنتوم، اجزاء، شارژ و انرژی به‌همراه روابط الکتروشیمیایی)، همچنین معادلات حاکم بر جریان سیال خنک‌کاری (اعم از معادلات پیوستگی، بقای مومنتوم و انرژی) به‌کمک نرم‌افزار فلوئنت حل شده‌اند و عملکرد کلی و گرمایی پیل با فوم فلزی بررسی شده است. نتایج شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد که در پیل با فوم فلزی نسبت به پیل با کانال‌های متداول، انتقال گازهای واکنشگر به لایه‌های کاتالیست بیشتر و توزیع گازها یکنواخت‌تر است. توزیع یکنواخت گازهای واکنشگر به توزیع یکنواخت چگالی جریان منجر و سبب می‌شود انتقال آب در سراسر سطح غشا بهتر انجام شود. در مورد خنک‌کاری پیل سوختی نیز میدان جریان با ساختار فوم فلزی مطلوب‌ترین میدان جریان خنک‌کاری به‌منظور کاهش اختلاف دمای سطح، کاهش دمای ماکزیمم و دمای میانگین سطح می‌باشد. از طرفی، افت فشار سیال خنک‌کننده نیز در پیل با فوم فلزی نسبتاً کم است. بنابراین میدان جریان متخلخل با ساختار فوم فلزی این پتانسیل را دارد که به‌عنوان میدان جریان گازها و میدان خنک‌کننده برای بهبود عملکرد تودة پیل سوختی غشا پلیمری انتخاب شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Afshari, E., S.A. Jazayeri. “Analyses of heat and water transport interactions in a proton exchange membrane fuel cell.” Journal of Power Sources, 194, 2006, pp. 423-432.

[2] Asghari, S., H. Akhgar, "Design of thermal management subsystem for a 5kW polymer electrolyte membrane fuel cell system." Journal of Power Sources, 196(6), 2011, pp. 3141-3148.

[3] Baek,S.M., S.H. Yu, J.H. Nam, C.J. Kim “A numerical study on uniform cooling of large-scale PEMFCs with different coolant flow field design", Applied Thermal Engineering, 1427, 2011, pp. 1431-1434.

[4] Ge, S.H., B.L. Yi. “A mathematical model for PEMFC in different flow modes.” Journal of Power Sources, 124, 2003, pp. 1-11.

[5] Scholta, J., F. Haussler, W. Zhang, L. Kuppers, L. Jorissen, W. Lehnert. "Development of a stack having an optimized flow field structure with low cross transport effects", Journal of Power Sources, 155, 2006, pp. 60-65.

[6] Tseng, C.J., B.T. Tsai, Z.S. Liu, T.C. Cheng, W.C. Chang, S.K. Lo. “A PEM fuel cell with metal foam as flow distributor”, Energy Conversion and Management 62, 2012, pp. 14-21.

[7] Kumar, A., R.G. Reddy. “Modeling of polymer electrolyte membrane fuel cell with metal foam in the flow-field of bipolar/end plates”, Journal of Power Sources 114, 2003, pp. 54-62.

[8] Banhart, J. “Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams.” Progress in Materials Science, 46, 2001, pp. 559-632.

[9] زمانی، جمال، محمد دیانی، میثم غیاثوند. "تولید فوم فلزی سلول بسته استحکام بالا با استفاده از روش ریخته‌گری." دهمین کنفرانس مهندسی ساخت و تولید ایران, دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، 1388.

[10] Yuan, W., Y. Tang, X. Yang, Z. Wan. “Porous metal materials for polymer electrolyte membrane fuel cells – A review”, Journal of Applied Energy 94, 2012, pp.309-329.

[11] افشاری، ابراهیم، سیدعلی جزایری. "بررسی انتقال آب در پیل سوختی غشا پلیمری." نشریة پژوهشی مهندسی مکانیک ایران، 14(1)، ص.6-29، 1391.