بررسي ساختار الكترود كاتد بر عملكرد پيل سوختي پليمري با استفاده از روش شبكه-بولتزمن

كارشناسي ارشد

امروزه استفاده از پيل‌هاي سوختي پليمري به دليل دارا بودن كارآيي بالا و آلايندگي ناچيز در سيستم محركه¬ي خودرو‌ها در مركز توجه محققين قرار گرفته است. پيل‌هاي سوختي پليمري نسبت به ساير انواع پيل‌هاي سوختي داراي مزيت‌هاي مانند چگالي توان بالا، قابليت عملكرد در دماي پايين، راندمان بالا، آلايندگي پايين، قابليت ساخت در هندسه¬هاي مختلف و راه اندازي سريع مي‌باشند. با اين حال، براي غلبه بر چالش‌هاي موجود در برابر تجاري‌سازي بيشتر آن‌ها تحقيقات بيشتري لازم است. يكي از موضوعات مهم در تحقيق و توسعه پيل‌هاي سوختي پليمري ارتقا‌ي كارآيي الكترود كاتد از طريق بهبود ساختار الكترود كاتد آن مي‌باشد. هدف از اين پژوهش، بررسي تأثير ساختار الكترود كاتد (پارامتر‌هايي نظير ضخامت لايه نفوذ گاز، قطر رشته‌هاي كربني، تعداد رشته‌هاي كربني در واحد حجم (تخلخل)، ميزان متراكم بودن لايه نفوذ گاز و همچنين تأثير نحوه توزيع ماده به شدت آبگريز پلي تترا فلورو اتيلن (پي¬تي¬اف¬اي) و ميزان چسب بر چگالي جريان الكتريكي در لايه‌ي كاتاليست الكترود كاتد و نيز توزيع اكسيژن و بخار آب در لايه‌ي نفوذ گاز كاتد مي‌باشد. به اين منظور از روش مقياس-حفره شبكه-بولتزمن استفاده گرديده است. پيش از شبيه‌سازي، لازم است هندسه¬ي ميكرو ساختار لايه‌ي نفوذ گاز مشخص گردد كه بدين منظور از روش بازسازي تصادفي استفاده شده است. نتايج به دست آمده از اين پژوهش نشان دهنده¬ي تأثير قابل توجه ساختار الكترود كاتد بر عملكرد پيل سوختي پليمري است. در بررسي قطر رشته‌ها‌ي كربني، تخلخل و ضخامت لايه‌ي نفوذ گاز نتايج نشان دهنده‌ي تأثير كم قطر رشته‌هاي كربني بر چگالي جريان الكتريكي مي‌باشند، در حالي كه ضخامت و تخلخل لايه نفوذ گاز كاغذ كربني تأثير قابل ملاحظه‌اي دارند. در بررسي اثر تراكم لايه¬ي نفوذ گاز نتايج نشان مي‌دهند كه اعمال تراكم منجر‌به كاهش توزيع اكسيژن و افزايش توزيع بخار آب انباشته شده در نزديكي سطح لايه كاتاليست مي‌شود. در بررسي تأثير نحوه توزيع پي¬تي-اف¬اي و ميزان چسب بيشترين مقدار چگالي جريان الكتريكي ميانگين در حالتي رخ مي‌دهد كه توزيع پي‌تي‌اف‌اي به صورت به شدت غير يكنواخت به همراه مقدار چسب % 70 است.

190793

دانشگاه علم و صنعت ايران

سيستم محركه خودرو

دكتر غلامرضا مولايي منش