ارائه هندسه توسعه یافته صفحه انتهایی برای ایجاد توزیع یکنواخت فشار تماسی روی سطح فعال پیل‌سوختی پلیمری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل‌سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد جویبار

3 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

10.22060/mej.2019.15698.6180

چکیده

مقاومت تماسی بین صفحات پیل‌سوختی تاثیر زیادی در بازدهی پیل‌های سوختی پلیمری دارد. هندسه صفحه انتهایی پیل‌سوختی پلیمری تاثیر قابل توجهی بر توزیع فشار تماسی روی مجموعه غشا و الکترود و میزان مقاومت تماسی بین صفحات دارد. در این پژوهش، به بررسی تاثیر هندسه صفحه انتهایی بر توزیع فشار تماسی روی مجموعه غشا و الکترود از طریق شبیه‌سازی اجزای محدود با استفاده از نرم‌افزار Abaqus پرداخته شد. همچنین، یک هندسه جدید برای صفحه انتهایی پیشنهاد و مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج بدست آمده از آن با نتایج صفحات انتهایی تخت مقایسه شد. در ادامه، پارامترهای هندسی صفحه انتهایی با انحنا با استفاده از شبیه‌سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته و اثر این پارامترها بر توزیع فشار تماسی روی مجموعه غشا و الکترود تحلیل گردید. در این شبیه‌سازی‌ها پیل‌سوختی به صورت سه‌بعدی مدلسازی شد. نتایج بدست‌آمده از شبیه‌سازی‌ها عملکرد مناسب صفحات انتهایی طراحی شده و توزیع یکنواخت فشار تماسی روی سطح فعال پیل‌سوختی را در مقایسه با صفحات انتهایی متداول مورد استفاده در پیل‌های سوختی نشان می‌دهد. در نهایت، یک پیل‌سوختی پلیمری تک‌سلی با مشخصات هندسی بدست‌آمده از شبیه‌سازی اجزای محدود ساخته شد و توزیع تنش تماسی بر روی غشا با استفاده از فیلم‌های اندازه‌گیری فشار شرکت فوجی‌فیلم با هدف صحه‌گذاری طراحی مورد بررسی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Representation of Novel Endplate Geometry for Providing Uniform Contact Pressure Distribution over Active Area of PEMFC

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mahdi Barzegari 1
  • Mostafa Habibnia 2
  • Mohammad Momenifar 1
  • Mojtaba Ghadimi 3
  • Kamal Mohammadi 3
1 Fuel cell Technology Research laboratory, Malek Ashtar University of Technology
2 Azad Islampic University, Jouybar Branch
3 Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

The contact resistance between polymer exchange membrane fuel cell (PEMFC) components has a crucial effect on cell performance. The geometry of the endplate, on the other hand, plays an essential role in the contact pressure distribution on the membrane electrode assembly (MEA) and the amount of contact resistance between plates. In this paper, the effect of endplate geometry on the contact pressure distribution over the MEA is simulated using ABAQUS software. In addition, a new geometry endplate is provided and the obtained results are compared with flat endplates. Geometrical parameters of an endplate with curvature (bomb-shaped endplate) are considered, and the effects of these parameters on the contact pressure distribution over the MEA are investigated. In this simulation, a 3D model of the fuel cell is developed. Our simulation results show good performances for the designed endplate and uniform contact pressure distribution on the fuel cell active area. Finally, a single fuel cell was manufactured and assembled using the simulation parameters, and experimental tests are conducted using pressure measurement films to validate the design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bomb-shaped end plate
  • Contact pressure distribution
  • Membrane
  • Pressure measurement film