Чисельне дослідження продуктивності паливних елементів з протонообмінною мембраною за різної пористості матеріалів газодифузійного шару
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.181442Ключові слова:
чисельне дослідження, ПЕПОМ, продуктивність, пористість, газодифузійний шар, матеріал, COMSOL MultiphysicsАнотація
Одним з факторів, які можуть підвищити властивість поверхневого перенесення для дифузії газу з матеріалу мембрани в ПЕПОМ, є пористість матеріалу газодифузійного шару, що впливає на розподіл часток на електродах. В даному дослідженні проводиться моделювання продуктивності ПЕПОМ шляхом чисельного дослідження впливу пористості ГДШ в деяких комерційних ELAT-TEK-1200W (e=0,31) і SIGRACET 25BA (e=0,63), а також органічних матеріалах, таких як кокосова койра (e=0,88). Для цього використовували COMSOL Multiphysics 5.3a у вигляді масових концентрацій частинок, нанесених на профіль поверхні і точок розрізу на електродах за минулий час. Потім отримані результати були використані для визначення продуктивності ПЕПОМ шляхом розрахунку деяких втрат; активаційних, омічних і масової концентраційної поляризації. Результати показали, що на продуктивність ПЕПОМ впливає тільки масова поляризація. Це означає, що питома потужність сильно залежить від концентрації частинок в анод і катод. Масова концентрація сильно залежить від розподілу часток; в ході реакції утворюються Н2, О2 і Н2О. Найбільша концентрація H2 на аноді спостерігається в ГДШ з використанням ELAT-TEK-1200W, що має найменшу пористість, що забезпечує найвищу питому потужність в порівнянні з іншими матеріалами ГДШ. Це полегшує процес дифузії між частинками H2 і O2. Однак кокосова койра як органічний матеріал може в майбутньому стати перспективним ГДШ завдяки своїй ефективності в порівнянні з іншимиПосилання
- Wang, Y., Chen, K. S., Mishler, J., Cho, S. C., Adroher, X. C. (2011). A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research. Applied Energy, 88 (4), 981–1007. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.09.030
- Qiu, D., Janßen, H., Peng, L., Irmscher, P., Lai, X., Lehnert, W. (2018). Electrical resistance and microstructure of typical gas diffusion layers for proton exchange membrane fuel cell under compression. Applied Energy, 231, 127–137. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.117
- Mohammed, H., Al-Othman, A., Nancarrow, P., Tawalbeh, M., El Haj Assad, M. (2019). Direct hydrocarbon fuel cells: A promising technology for improving energy efficiency. Energy, 172, 207–219. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.01.105
- Fadzillah, D. M., Rosli, M. I., Talib, M. Z. M., Kamarudin, S. K., Daud, W. R. W. (2017). Review on microstructure modelling of a gas diffusion layer for proton exchange membrane fuel cells. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 77, 1001–1009. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.235
- Tseng, C.-J., Lo, S.-K. (2010). Effects of microstructure characteristics of gas diffusion layer and microporous layer on the performance of PEMFC. Energy Conversion and Management, 51 (4), 677–684. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.11.011
- Park, S., Popov, B. N. (2011). Effect of a GDL based on carbon paper or carbon cloth on PEM fuel cell performance. Fuel, 90 (1), 436–440. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.09.003
- O’Hayre, R., Cha, S.-W., Colella, W., Prinz, F. B. (2016). Fuel Cell Fundamentals. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781119191766
- Bruno, M. M., Viva, F. A. (2013). Carbon Materials for Fuel Cells. Direct Alcohol Fuel Cells, 231–270. doi: https://doi.org/10.1007/978-94-007-7708-8_7
- Destyorini, F., Irmawati, Y., Widodo, H., Khaerudini, D. S., Indayaningsih, N. (2018). Properties and Performance of Gas Diffusion Layer PEMFC Derived from Coconut Coir. Journal of Engineering and Technological Sciences, 50 (3), 409–419. doi: https://doi.org/10.5614/j.eng.technol.sci.2018.50.3.7
- Indayaningsih, N., Irmawati, Y., Destyorini, F. (2016). Performance of gas diffusion layer derived from carbon powder of coconut coir for PEMFC application. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11 (6), 4040–4044.
- Jeon, D. H., Kim, K. N., Baek, S. M., Nam, J. H. (2011). The effect of relative humidity of the cathode on the performance and the uniformity of PEM fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 36 (19), 12499–12511. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.06.136
- El-kharouf, A., Mason, T. J., Brett, D. J. L., Pollet, B. G. (2012). Ex-situ characterisation of gas diffusion layers for proton exchange membrane fuel cells. Journal of Power Sources, 218, 393–404. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.06.099
- Chen, F., Chang, M., Hsieh, P. (2008). Two-phase transport in the cathode gas diffusion layer of PEM fuel cell with a gradient in porosity. International Journal of Hydrogen Energy, 33 (10), 2525–2529. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.02.077
- Hinebaugh, J., Bazylak, A. (2011). PEM Fuel Cell Gas Diffusion Layer Modelling of Pore Structure and Predicted Liquid Water Saturation. ASME 2011 9th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology. doi: https://doi.org/10.1115/fuelcell2011-54422
- Sezgin, B., Caglayan, D. G., Devrim, Y., Steenberg, T., Eroglu, I. (2016). Modeling and sensitivity analysis of high temperature PEM fuel cells by using Comsol Multiphysics. International Journal of Hydrogen Energy, 41 (23), 10001–10009. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.03.142
- Kalinci, Y., Dincer, I. (2018). Analysis and performance assessment of NH3 and H2 fed SOFC with proton-conducting electrolyte. International Journal of Hydrogen Energy, 43 (11), 5795–5807. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.234
- Jeon, D. H., Kim, K. N., Baek, S. M., Nam, J. H. (2011). The effect of relative humidity of the cathode on the performance and the uniformity of PEM fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 36 (19), 12499–12511. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.06.136
- Ji, M., Wei, Z. (2009). A Review of Water Management in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells. Energies, 2 (4), 1057–1106. doi: https://doi.org/10.3390/en20401057
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Widya Wijayanti, Rizky Kusumastuti, Sasmoko Sasmoko, Mega Nur Sasongko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.