مدل سازی و شبیه سازی سه بعدی پیل سوختی غشای پلیمری دمابالا با ترکیب نوین بر پایه ترکیب مایع های یونی دی کاتیونی و پلی بنزیمیدازول

در این مطالعه، مدلی سه بعدی و پایا برای غشای نوین هدایت پروتون شامل مایع های یونی دی کاتیونی که مناسب پیل های سوختی پلیمری دمابالا در محیط بی آب بوده، ارایه شده است. برای توسعه چنین مدلی پس از تهیه مدل هندسی سه بعدی و شبکه بندی آن، معادله های مومنتوم، جرم و بار الکتریکی در ناحیه های گوناگون پیل شامل محیط های متخلخل الکترودها، کانال های گاز و محیط های جامد مانند جمع کننده های جریان، گسسته سازی شده و با در نظر گرفتن اتلاف های موجود در پیل و بر اساس منابع به دست آمده از مدل الکتریکی و الکتروشیمیایی حل شده است. همچنین واکنش های الکتروشیمیایی در سطح فعال آند و کاتد و انتقال یونی در الکترولیت لحاظ شده است. معادله ها با نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی و روش المان محدود در بازه 95/0 4/0 ولت با طول پله 05/0 حل شده اند. فرایند حل به صورت غیرخطی و روش نیوتن برای گسسته سازی معادله های دیفرانسیل جزیی با تلورانس 001/0 انجام گرفته است. تعداد 20640 شبکه بندی برای محاسبه های عددی صورت گرفته و تعداد تکرار 50 می باشد. آزمون نبود وابستگی شبیه سازی به مش بندی صورت گرفته که با اندازه های گوناگون مش ها، اختلاف نتیجه ها کم تر از 1% بوده که نبود وابستگی نتیجه ها به اندازه مش ها را تایید می کند. سرانجام مقایسه نتیجه های به دست آمده با داده های تجربی با نمودار ولتاژ چگالی جریان به عمل آمد. این منحنی تطابق بسیار خوبی (خطا کم تر از 4%) را بین نتیجه های مدل سازی حاضر و داده های تجربی نشان داده که اعتبار این مطالعه را تایید می کند. همچنین توزیع غلظت های واکنشگرها و فراورده ها در نقطه های گوناگون پیل محاسبه شده و تاثیر شرایط عملیاتی بر عملکرد پیل بررسی شده است و این مدل توانایی پیش بینی رفتار پیل سوختی غشای پلیمری دما بالا را در شرایط گوناگون عملیاتی دارا می باشد.