Журнал прикладного машиностроения

Абстрактный

Эффект микропористого слоя в топливном элементе с мембраной из полимерного электролита на основе полибензимидазола, легированного фосфорной кислотой

Мухаммет Челик, Гюльсах Озисик, Гамзе Генч и Хусейн Япичи

Полибензимидазольные (PBI) топливные элементы с полимерным электролитом, которые называются высокотемпературными полимерными
электролитными топливными элементами (HT-PEMS), работают при более высоких температурах (120-200 °C), чем обычные топливные элементы PEM. Хотя известно, что HT-PEMS имеют некоторые из существенных преимуществ, таких как отсутствие требований к увлажнению мембраны и отсутствие жидкой воды при высокой температуре в топливном элементе, образующаяся вода в результате реакции восстановления кислорода приводит к деградации этих систем. Образующаяся вода, поглощаемая мембранной стороной, взаимодействует с гидрофильной матрицей PBI, и это может вызвать набухание мембраны, поэтому необходимо хорошо понять механизм переноса воды в мембранно-электродном узле (MEA), и необходимо рассчитать водный баланс в MEA. Поэтому необходимо определить диффузионный перенос воды через электролит. В этом исследовании сначала исследуется содержание воды в MEA в случае с/без микропористого слоя (MPL). Во-вторых, в случае с MPL исследуется влияние толщины микропористого слоя на управление водой в топливном элементе . Для этой цели двумерный топливный элемент с встречно-гребенчатым полем потока моделируется с использованием программного обеспечения Comsol Multiphysics 4.2a. Рабочая температура и уровень легирования выбраны равными 180°C и 6,75 RPU H3PO4/PBI соответственно. Результаты
этой работы показали, что MPL существенно влияет на содержание воды в MEA и снижает концентрацию H2O в MEA. Таким образом, можно предотвратить затопление MEA и, таким образом, увеличить долговечность элемента.