مدل سازی انتقال جرم اکسیژن و بخار آب در لایه های نفوذ گاز یک پیل سوختی پلیمری

لایه نفوذ گاز سمت کاتد در یک پیل پلیمری مدیریت آب داخل پیل را بر عهده دارد. غشاء پلیمری این پیل برای هدایت پروتون باید مرطوب باشد بنابراین خروج بیش از حد آب از پیل موجب خشکی غشاء و افت کارایی پیل می شود. از سوی دیگر، عدم خروج آب کافی نیز پر شدن سطح فعال لایه کاتالیست و افت کارایی پیل را به همراه دارد. ساختار لایه نفوذ به شدت نحوه مدیریت آب داخل پیل را تحت تاثیر قرار می دهد. در این مقاله فرایند انتقال جرم اکسیژن و آب در فاز گازی بصورت یک بعدی مدل سازی شده و تاثیر میزان تخلل لایه نفوذ بر غلظت اکسیژن و آب در سطح لایه کاتالیست کاتد بررسی شده است. به دلیل وجود مقاومت های نفوذی ناشی از ساختار متخلخل لایه نفوذ و وجود مولکول های اب، غلظت اکسیژن در طول لایه نفوذ از سمت کانال های جریان به سمت لایه کاتالیست کاهش می یابد. هم چنین به دلیل تولید آب در سطح کاتد، غلظت آب در این قسمت بیشتر است که به تدریج در طول لایه نفوذ به سمت کانال های جریان از غلظت آن کاسته می شود. بر اساس نتایج حاصله، با افزایش میزان تخلخل لایه نفوذ، غلظت اکسیژن در سطح لایه کاتالیست کاتد افزایش و غلظت بخار آب کاهش می یابد که این امر می تواند کارایی پیل را بهبود بخشد.