بهینه‌سازی خواص و ساخت صفحات دوقطبی کامپوزیتی پیل‌های سوختی پلیمری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه مالک اشتر، پژوهشکده علوم و فناوری دفاعی شمال

2 گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 پژوهشگر پیل سوختی، دانشگاه مالک اشتر

چکیده

در این پژوهش، ساخت صفحات دوقطبی کامپوزیتی پلیمر/گرافیتی به روش قالب‌گیری داغ فشاری، به منظور استفاده در پیل‌های سوختی غشا‌پلیمری و بهینهسازی خواص به کمک طراحی آزمایش با استفاده از نرم‌افزار Minitab مورد بررسی قرار گرفت. خواص فیزیکی، مکانیکی و الکتریکیِ صفحات دوقطبیکامپوزیتی ساخته‌شده با انجام آزمون‌های جذب‌آب، محاسبه چگالی، آزمون استحکام خمشی، مقاومت تماسی و رسانای الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت. فعالیت‌های انجام گرفته در طول این پژوهش حاکی از آن است که در صورت طراحی مناسب قالب، تامین دستگاه پرس گرم مناسب و رسیدن به دمای یکنواخت در سطوح قالب، تولید و ساخت صفحات دوقطبی با ضخامت کم و با کیفیت سطوح بسیار بالا توسط ترکیب کامپوزیتی پودری امکان‌پذیر است. پارامترهای فشار و زمان پخت به عنوان پارامترهای ورودی بهینه‌سازی در نظر گرفته شد و هدف بهینه‌سازی استحکام خمشی و مقاومت تماسی برای دستیابی به هدف‌گذاری سال 2020 دپارتمان انرژی آمریکا برای صفحات دوقطبی پیل‌های سوختی پلیمری است. نتایج بهینه‌سازی فشار 499/79 مگاپاسکال و زمان پخت 70 ثانیه را نشان می‌دهد که نمونه 12 به این حالت بهینه نزدیک بوده و پارامترهای استحکام خمشی و مقاومت تماسی آن به ترتیب 91/53 مگاپاسکال و 57/10 میلی‌اهم در سانتی‌متر مربع می‌باشد. همچنین میزان جذب آب و رسانایی الکتریکی در راستای ضخامت به ترتیب 36/0 درصد و 22/27 زیمنس بر متر می‌باشد که مطابق با هدف‌گذاری دپارتمان انرژی آمریکا می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of characteristics and construction of composite bipolar plates of polymer fuel cells

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Ghadimi 1
  • Matin Mohammadzadeh 2
  • mohammad momenifar 3
1 Malek Ashtar University of Technology, Fuel Cell Technology Research Laboratory, Tehran, Iran
2 department of mechanical engineering,, Amirkabir University of Technology
3 Department of mechanical engineering, Malek Ashtar university of technology, Iran
چکیده [English]

This study investigates the construction of polymer/graphic composite bipolar plates via hot compression molding for use in polymer fuel cells and the optimization of characteristics by experimental test design. For this purpose, the Minitab software is used. Besides, this study was examined the physical, mechanical, and electrical characteristics of the constructed bipolar plates through performing the tests of water absorption, calculation of density, the test bending strength, contact resistance, electrical conductance. The pressure and the curing time were considered as the input parameters of the optimization, and the goal is to optimize the flexural strength and interfacial contact resistance to achieve the U.S Department of Energy's 2020 target for the bipolar plates of polymer fuel cells. The results show that with a pressure of 79.499 MPa and the curing time under pressure was 70s, the parameters of flexural strength and optimum interfacial contact resistance are 53.91 MPa and 10.57 mΩ.cm2, respectively. The properties also include water absorption and electrical conductivity in the through-plane (TP) direction 0.36 percent and 27.22 (S/m) respectively, which is in line with the goals of the US Department of Energy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • compression molding
  • Polymer Fuel Cell
  • Composite Bipolar Plates
  • optimization