چكيده
چكيده
در سالهاي اخير، تحقيقات گسترده‌اي در زمينه تجاري سازي سيستمهاي پيل سوختي غشاء تبادل پروتون (PEMFCs) انجام گرفته است. بااينوجود، كاهش قيمت و افزايش عملكرد بيشتري براي موفقيت تجاري PEMFCs لازم است. جزء اصلي قيمت در PEMFC كاتاليست پلاتين است. بارگيري پلاتين در آند mg/cm2 2/0-05/0 و در كاتد mg/cm2 2/0-6/0 ميباشد. به علت كندي واكنش احياي اكسيژن، بيشتر پلاتين در سمت كاتد استفاده مي‌شود. همچنين فرآيندهاي محدودكننده‌ي بسياري كه درلايه واكنش رخ ميدهد، مدل كردن اين لايه را با اهميت ساخته است. با توجه به اهميت اين لايه و جزئيات مربوط به اين بخش، براي مدل كردن آن به جاي استفاده از نرم‌افزارهاي شبيه سازي مانند كامسول(COMSOL) از كد نويسي با متلب (MATLAB) استفاده شده است.با استفاده از مدل ارائه شده در اين كار تاثير پارامترهاي لايه‌ي كاتاليست و مقادير بهينه‌ي آنها براي رسيدن به حداكثر دانسيته جريان توليدي مورد ارزيابي قرار گرفته است. مدل ارائه شده مدلي دوبعدي-دوفازي است كه در آن كانال عبوري جريان, لايه‌ي نفوذ گازي, لايه‌ي ماكروحفرات و لايه‌ي كاتاليست مدنظر قرار گرفته است. لايه‌ي كاتاليست توسط رويكرد كلوخه‌هاي كروي مدل شده و جزئيات اين لايه براي استفاده از پارامترهاي آن, در مدل لحاظ شده است.غلظت اجزا گازي, درصد اشباع آب مايع در طول كاتد و پتانسيل محلي يونومر در لايه‌ي كاتاليست با استفاده از حل معادلات مربوطه توسط نرم‌افزار متلب در تمام نقاط محاسبه شده است. خروجي مدل محاسبه‌ي دانسيته‌ي جرياني است كه به ازاي ولتاژ عملياتي داده شده توليد مي‌شود. پس از مقايسه‌ي نتايج حاصل از مدل و داده‌هاي آزمايشگاهي، پارامترهاي طراحي كه شامل ميزان بارگذاري پلاتين, ضخامت لايه كاتاليست و كسر وزني يونومر بود, براي رسيدن به حداكثر جريان توليدي انتخاب شد. مقادير بهينه در دو حالت ولتاژ عملياتي بالا و پايين محاسبه شد. در ولتاژهاي بالا مقادير بهينه براي ميزان بارگذاري پلاتين، ضخامت لايه كاتاليست و كسر وزنييونومربه ترتيب mg/cm2 9/0, µm 15 و 55% گزارش شد و در ولتاژهاي پايين زماني كه دانسيته جريان زيادي در پيل توليد مي‌شود مقادير به ترتيب mg/cm25/0,µm 30 و 45% وزني بود.
واژه‌هاي كليدي:پيل سوختي غشا تبادل پروتون, لايه‌ي كاتاليست كاتد, مدل‌سازي, بهينه‌سازي.
