8635

مديريت هم‌زمان آب و حرارت در پيل سوختي پليمري با استفاده از مواد ترموالكتريك

كارشناسي

مهندسي مواد و متالورژي

1402

دكتر مهدي داراب

1402/07/05

مواد و متالورژي

Simultaneous Water and Heat Management of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Using Thermoelectric Materials

پيل سوختي با غشاي مبادله‌كننده پروتون يكي از اميدواركننده‌ترين گزينه‌ها براي تبديل انرژي پاك و كارآمد است. با اين حال، اين دستگاه با چالش‌هايي در زمينه آب و حرارت روبه‌رو است كه به منظور حفظ كارايي مطلوب، نياز به مديريت مناسب دارد. بخش قابل توجهي از انرژي خروجي پيل سوختي پليمري به صورت حرارت اتلاف مي‌شود كه مي‌تواند توسط مولد ترموالكتريك بازيابي و به انرژي الكتريكي مفيد تبديل شود. مولد ترموالكتريك يك دستگاه حالت جامد است كه گراديان دما را بر اساس اثر سيبك مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي‌كند. با حذف موثر حرارت اتلافي از پيل سوختي پليمري، دماي عملياتي اين دستگاه تنظيم مي‌شود. در اين صورت، علاوه بر جلوگيري از آسيب‌هاي حرارتي احتمالي به اجزاي دستگاه، از خشك شدن غشاي مبادله‌كننده پروتون نيز جلوگيري مي‌شود و آب و حرارت به صورت هم‌زمان بهبود پيدا مي‌كنند. اين اثر دوگانه به افزايش كارايي كلي و افزايش طول عمر سيستم پيل سوختي پليمري منجر مي‌شود. در اين پژوهش، يك نماي كلي از وضعيت فعلي استفاده از مولدهاي ترموالكتريك براي بازيابي حرارت پيل‌هاي سوختي پليمري ارائه شده است. خواص و محدوديت‌هاي مواد ترموالكتريك مرسوم، مانند بيسموت تلوريد و آلياژهاي آن‌ها مورد بحث قرار گرفته است و مواد ترموالكتريك دما پايين جايگزين، مانند اسكوتروديت‌ها، تركيبات نيمه هوسلر، اكسيدهاي ترموالكتريك، مواد آلي، نانولوله‌هاي كربني و كامپوزيت‌هاي مبتني بر آن‌ها پيشنهاد شده است.

پيل سوختي پليمري , مديريت آب , مديريت حرارت , سيستم بازيابي حرارت اتلافي , مولد ترموالكتريك , مواد ترموالكتريك , ZT