ผลของรูปแบบช่องทางการไหลของแก๊ซต่อสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

สร้างแบบจำลองสามมิติ หนึ่งวัฏภาคสำหรับเชลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนโปรตอน ขนาด 2.25x2.25 ตารางเซนติเมตร ซึ่งขั้วแอโนดและแคโทดถูกสร้างขึ้นแยกเป็นอิสระจากกัน โดยโปรแกรม FLUENT 4.5 เพื่อศึกษาอิทธิพลของรูปแบบช่องทางการไหลของแก๊ส ที่มีต่อสมรรถนะของเซลล์ฝั่งขั้วแอโนดและแคโทดตามลำดับ ผลจากการคำนวณโดยแบบจำลองพบว่า รูปแบบช่องทางการไหลของแก๊สไม่มีอิทธิพลต่อสมรรถนะของเชลล์เชื้อเพลิงฝั่งขั้วแอโนด เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนมีค่าความหนาแน่นกระแสสมดุลสูง ในขณะที่รูปแบบช่องทางการไหลของแก๊ส มีอิทธิพลต่อสมรรถนะของเชลล์เชื้อเพลิงฝั่งขั้วแคโทดเป็นอย่างมาก การพัฒนาสมรรถนะของเชลล์เชื้อเพลิงฝั่งขั้วแคโทด สามารถทำได้โดยการเลือกใช้ช่องทางการไหลของแก๊สแบบ interdigitated design ที่มีสันกั้นระหว่างช่องทางการไหลกว้างๆ ซึ่งในกรณีศึกษานี้พบว่าที่ศักย์ไฟฟ้าเกิดตัวฝั่งขั้วแคโทคมีค่า 0.7 โวลต์ การใช้ช่องทางการไหลของแก๊สแบบ interdigitated design ที่มีสันกั้นระหว่างช่องทางการไหลของแก๊ส 20.5 มิลลิเมตร สามารถเพิ่มสมรรถนะของเซลล์ได้สูงสุดถึง 150% เมื่อเทียบกับการใช้ช่องทางการไหลของแก๊สแบบ conventional design และ 43% เมื่อเทียบกับการใช้ช่องทางการไหลของแก๊สแบบ interdigitated design ที่มีสันกั้นระหว่างช่องทางการไหลของแก๊ส 1 มิลลิเมตร งานวิจัยนี้ได้ตรวจสอบผลที่ได้จากแบบจำลอง โดยทดสอบสมรรถนะของเชลล์เปรียบเทียบกับผลจากแบบจำลอง พบว่าผลของแบบจำลองและผลการทดลองมีความสอดคล้องกันเชิงแนวโน้ม แต่เมื่อใช้ช่องทางการไหลแบบ interdigitated design ที่มีสันกั้นระหว่างช่องทางการไหลของแก๊ส 20.5 .มิลลิเมตร ทางขั้วแคโทดพบว่า เกิดปัญหาน้ำขังภายในเชลล์ซึ่งแบบจำลองไม่สามารถทำนายปรากฏการณ์นี้ได้