مدیریت آب در پیل سوختی

مدیریت آب در پیل سوختی

نگراني اصلي كه در مورد پیلهای سوختي غشا پلیمری وجود دارد مديريت آب در آنها مي باشد.
به علت مرطوب بودن گازهای ورودی به پیل و نیز تولید آب در داخل پیل سوختي، بررسي مديريت آب به علت پر كردن منافذ و جلوگیری از عبور گازها از لايه های مختلف پیل بسیار مهم مي‌باشد

زيرا كه مديريت انتقال آب به شدت بر دانسیته جريان كه مشخصه سنجش عملکرد پیل است تاثیر مي‌گذارد و بايد مورد توجه قرار گیرد.
بالا نگه داشتن محتوی آب در الکترولیت مهم و اساسي است تا به هدايت بالای پروتون‌ها مطمئن شويم. انجام پروژه آموزشیار

پروژه مهندسی مکانیک

مدیریت آب در پیل سوختی

مدیریت آب در پیل سوختی غشا پلیمری

بدون مديريت كافي و مناسب آب يك نابالانسي بین آب تولیدی و آب خارج شده از پیل به وجود مي‌آيد.
اگر مقدار بیشتری از آب تولیدی خارج شود و گازهای ورودی مرطوب نباشند كم آبي غشا در مجموعه الکترود-غشا پیش مي‌آيد و رسانايي يوني كم و مقاومت پیل زياد مي‌شود.
اگر پیل بیش از اندازه مرطوب باشد الکترودها ممکن است از آب اشباع گردند، كه اين آب اضافي با بستن تخلخل ها در لايه نفوذ گاز، مانع رسیدن واكنشگرها به محل واكنش مي‌شود. پروژه های نرم افزاری fluent

مدیریت آب در پیل سوختی

به عبارتي در هر دو حالت زياد بودن يا كم بودن آب (عدم بالانس) تاثیرات ناسازگار و مضری روی عملکرد پیل دارند
و مي‌توانند سرانجام باعث آسیب ديدگي پیل شوند. پروسه‌های مختلف انتقال جرم، ممنتوم، گونه های شیمیايي و انرژی همراه واكنش‌های الکتروشیمیايي در نواحي مختلف پیل سوختي غشا پلیمری اتفاق مي‌افتد.
اين پروسه‌های انتقال، تاثیرات مهمي بر مديريت آب و محدوديت‌های انتقال جرم دارند.
بنابراين ايجاد توازن مناسب آبي در پیل سوختي پلیمری امری ضروری مي باشد.

مدلسازی مسئله مدیریت آب در پیل سوختی

مدیریت آب در پیل سوختی

یک کانال مارپیچ تک ردیفه با ابعاد مشخص به عنوان کانال کاتد تحت نفوذ آب‌های حاصل از واکنش الکتروشیمیایی موجود در پیل سوختی پلیمری قرار می‌گیرد، آب‌های وارد شده به درون کانال کاتد با توجه به پارامترهایی همچون ضریب چسبندگی و زبری سطح لایه GDL و bipolar، سرعت و پروفایل حرکت گازهای ورودی (هوا) به درون کاتد، انحناء مارپیچ‌ها، خواص رئولوژیک GDL، دمای گازهای ورودی به کاتد می‌تواند زمان ماند مشخصی را درون کاتد دارا باشد.
این زمان ماند مجهول مسئله خواهد بود که بر اساس آن می‌توان در مورد شرایط بهینه برای مدیریت آب درون کانال کاتد قضاوت نمود.

معرفی پیل سوختی

با توجه به مشکلات استفاده از سوختهای فسیلي از قبیل آلودگي هوا، گرم شدن كره زمین، محدوديت اين منابع و رشد جمعیت كره زمین كه منجر به افزايش استفاده از منابع انرژی مي شوند استفاده از سوختهای با آلودگي كمتر و نیز تجديد پذير در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

استفاده از سوختهای فسیلي كه 80 درصد نیاز انرژی ما را تأمین مي‌كنند،
دارای دو مشکل اساسي مي باشند. اولین مشکل محدود بودن منابع و تمام شدنشان در آينده نزديك است
و دومین مشکل استفاده از سوختهای فسیلي بوجود آمدن مشکلات مهم زيست محیطي مانند تغییرات آب و هوايي و از بین رفتن لايه ازون و… مي باشد.

پیل سوختی

برای حل اين دو مشکل اساسي، در سال 1970 میلادی سیستم‌های با انرژی هیدروژن پیشنهاد شدند كه در طي قرن اخیر تحقیقات زيادی بر روی آنها انجام شده است.
هیدروژن به عنوان بهترين حامل انرژی دارای ويژگیهای منحصر به فردی همچون بازدهي بالا و نداشتن آلودگي برای محیط زيست مي باشد.

از ديگر ويژگی‌های منحصر به فرد هیدروژن اين است كه مي‌تواند در طي يك فرآيند الکتروشیمیايي در داخل پیل سوختي، جريان الکتريسیته تولید كند كه بازده آن در مقايسه با تبديل سوخت فسیلي به انرژی الکتريکي در يك موتور احتراق داخلي يا به انرژی برق در يك نیروگاه، بیشتر است.

پیلهای سوختی (Fuel Cell) در واقع مبدل‌های الکتروشیمیايي هستند نه موتورهای گرمايي، به همین دلیل از سیکل كارنو كه محدوديت‌هايي مخصوصا از جنبه بازده دارد، تبعیت نمي‌كنند.

بنابراين انتظار مي‌رود درطي قرن اخیر پیل‌های سوختي با موتورهای گرمايي (موتورهای احتراق داخلي، توربین‌های بخار وتوربین‌های گازی) و هیدروژن با سوختهای فسیلي جايگزين گردند مدیریت آب در پیل سوختی

پروژه تبدیل انرژی

مدیریت آب در پیل سوختی