การจำลองเชิงตัวเลขสามมิติของผลจากแผ่นกั้นต่อสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็มอุณหภูมิสูง

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของการออกแบบรูปร่างของแผ่นกั้นในช่องการไหลของแก๊สของเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็มอุณหภูมิสูงที่มีต่อสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็มอุณหภูมิสูง สมมติฐานหลักของงานวิจัยนี้คือ เมื่อสารตั้งต้นหรือเชื้อเพลิงไหลในช่องการไหลของแก๊สและถูกกีดขวางด้วยแผ่นกั้นในช่องการไหลของแก๊สจะทำให้สารตั้งต้นเปลี่ยนทิศทางการไหลและแพร่เข้าสู่ชั้นการแพร่ผ่านและชั้นตัวเร่งปฏิกิริยามากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มโอกาสการเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของสารตั้งต้นในชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาได้สูงกว่าเซลล์เชื้อเพลิงที่ไม่มีแผ่นกั้น ผลจากการศึกษาแสดงให้เห็นว่าแผ่นกั้นในช่องการไหลของแก๊สช่วยเพิ่มสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงขึ้น ในงานวิจัยนี้ สมรรถนะที่ดีที่สุดของเซลล์เชื้อเพลิงพบในกรณีของเซลล์เชื้อเพลิงที่แผ่นกั้นทำมุม 45 องศา และสูง 1.125 มิลลิเมตร โดยมีกำลังไฟฟ้าสุทธิเพิ่มขึ้นร้อยละ 9.96 เมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงที่ไม่มีแผ่นกั้นในช่องการไหลของแก๊สแบบช่องเดี่ยวเมื่ออุณหภูมิดำเนินการเท่ากับ 100 องศาเซลเซียส ที่ความหนาแน่นกระแส 20,000 A m-2 และสมรรถนะเพิ่มขึ้นร้อยละ 10.01 สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงที่อุณหภูมิดำเนินการเท่ากับ 180 องศาเซลเซียส ที่ความหนาแน่นกระแส 23,000 A m-2 สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงที่มีช่องการไหลของแก๊สแบบขนานเพิ่มขึ้น เซลล์ที่มีแผ่นกั้นให้กำลังไฟฟ้าสุทธิเพิ่มขึ้นกว่าเซลล์ที่ไม่มีแผ่นกั้นร้อยละ 19.97 เมื่ออุณหภูมิดำเนินการเท่ากับ 100 องศาเซลเซียสและความหนาแน่นกระแส 19,000 A m-2 นอกจากนี้ยังมีพบว่าเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิดำเนินการ 180 องศาเซลเซียส ให้สมรรถนะที่สูงกว่าเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิดำเนินการ 100 องศาเซลเซียส เนื่องจากพลังงานจลน์ของการเกิดปฏิกิริยาเคมีของปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนและปฏิกิริยารีดักชันของออกซิเจนจะเกิดได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น