بررسی اثرات چگالی جریان، دما و فشار بر عملکرد پیل سوختی با غشای تبادل پروتون با استفاده از مدل مدار الکتریکی معادل

پیل سوختی با غشای تبادل پروتون (PEMFC) به دلیل بازده و چگالی توان بالا، دمای عملکرد پایین و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری، به عنوان یک فناوری جایگزین برای سوخت های فسیلی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، ابتدا با استفاده از معادله نرنست و معادلات حاکم بر پیل سوختی، وابستگی عملکرد پیل به چگالی جریان خروجی بررسی می شود. سپس، یک مدل مدار الکتریکی معادل با در نظر گرفتن اثرات تلفات اهمی، فعال سازی و غلظتی برای پیل ارایه می شود. در نهایت به کمک مدل ارایه شده، اثر چگالی جریان خروجی، دما و فشار بر عملکرد پیل سوختی مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد. برای حل معادلات حاکم بر پیل از نرم افزار متلب استفاده شده است. نتایج به دست آمده از مدل با داده های تجربی مقایسه شده و نشان داده شد که عملکرد مدل در چگالی های جریان کم، انطباق بسیار خوبی با نتایج تجربی (با خطای کمتر از 62/3%) دارد. همچنین مدل ارایه شده، در کل گستره چگالی جریان شبیه سازی شده (از 0 تا A/cm2 6/0) تخمین قابل قبولی (با خطای حدود 66/17%) از عملکرد پیل دارد. علاوه بر این، با در نظر گرفتن اثر دمای عملیاتی و فشارهای آند و کاتد در پیل سوختی، نشان داده شد که ولتاژ پیل با افزایش این دو پارامتر افزایش می یابد.