بهینه سازی لایه ی کاتالیست کاتدی در پیل های سوختی غشای تبادل پروتون
چکیده
واکنش احیای اکسیژن در سمت کاتد پیل های سوختنی غشا تبادل پروتون واکنشی کند است و بیش تر تلفات به این بخش از پیل مربوط می شود. به علت فرایندهای محدودکننده بسیاری که در این لایه واکنش رخ میدهد، مدل کردن این لایه اهمیت به سزایی دارد. مدل ارایه شده مدلی دوبعدی ـ دوفازی است که در آن کانال عبوری جریان، لایه ی نفوذ گازی، لایه ی ماکروحفره ها و لایه ی کاتالیست مدنظر قرار گرفته است. غلظت اجزای گازی، درصد اشباع آب مایع در طول کاتد و پتانسیل محلی یونومر در لایه ی کاتالیست با استفاده از حل معادله های مربوطه توسط نرم افزار متلب (matlab) در تمام نقاط محاسبه شده است. پس از مقایسه ی نتیجه های به دست آمده از مدل و داده های آزمایشگاهی، تأثیر پارامترهای طراحی شامل میزان بارگذاری پلاتین، ضخامت لایه کاتالیست و کسر وزنی یونومر، برای رسیدن به بیش ترین جریان تولیدی بررسی شد. در ولتاژهای بالا مقدارهای بهینه برای میزان بارگذاری پلاتین، ضخامت لایه کاتالیست و کسر وزنی یونومر به ترتیب mg/cm2 9/0, µm 15 و 55% و در ولتاژهای پایین مقدارها به ترتیب mg/cm25/0,µm 30 و 45% وزنی گزارش شد.