Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers
نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران
Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers
Engineering & Technology
http://jiaeee.com
1
admin
2676-5810
2676-6086
8
10.61186/jiaeee
14
8888
13
fa
jalali
1401
1
1
gregorian
2022
4
1
19
2
online
1
fulltext
fa
بررسی اثرات چگالی جریان، دما و فشار بر عملکرد پیل سوختی با غشای تبادل پروتون با استفاده از مدل مدار الکتریکی معادل
Numerical study of Current Density, Temperature and Pressure Effects on the Performance of Proton Exchange Membrane Fuel Cells using Equivalent Electrical Circuit Model
الکترونیک
Electronic
پژوهشي
Research
<span dir="RTL">پیل سوختی با غشای تبادل پروتون (PEMFC)</span><span dir="RTL"> به دلیل بازده و چگالی توان بالا، دمای عملکرد پایین و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری، به عنوان یک فناوری جایگزین برای سوختهای فسیلی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، ابتدا با استفاده از معادله نرنست و معادلات حاکم بر پیل سوختی، وابستگی عملکرد پیل به چگالی جریان خروجی بررسی می­شود. سپس، یک مدل مدار الکتریکی معادل با در نظر گرفتن اثرات تلفات اهمی، فعالسازی و غلظتی برای پیل ارائه می­شود. در نهایت به کمک مدل ارائه شده، اثر چگالی جریان خروجی، دما و فشار بر عملکرد پیل سوختی مورد بررسی و مطالعه قرار میگیرد. برای حل معادلات حاکم بر پیل از نرم­افزار متلب استفاده شده است. نتایج به دست آمده از مدل با داده­های تجربی مقایسه شده و نشان داده شد که عملکرد مدل در چگالی­های جریان کم، انطباق بسیار خوبی با نتایج تجربی (با خطای کمتر از 62/3%) دارد. همچنین مدل ارائه شده، در کل گستره چگالی­ جریان شبیه سازی شده (از 0 تا </span><strong>A/cm<sup>2</sup></strong><span dir="RTL"> 6/0) تخمین قابل قبولی (با خطای حدود 66/17%) از عملکرد پیل دارد. علاوه بر این، با در نظر گرفتن اثر دمای عملیاتی و فشارهای آند و کاتد در پیل سوختی، نشان داده شد که ولتاژ پیل با افزایش این دو پارامتر افزایش مییابد.</span>
Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) have gained more attention as promising successors to fossil fuels due to their high efficiency and power density, low operating temperature, and no need for maintenance. In this research, first, the cell performance is investigated based on the step changes of current density using the Nernst equation and the governing equations of the fuel cell. Then, an equivalent electrical circuit model considering the effects of current density, temperature, and pressure on the fuel cell performance is presented. MATLAB software is utilized to solve governing equations of the cell. Comparison of the model results with experimental data shows that the model’s performance at low current densities is very well in line with the experimental results (with an error of less than 3.62%). Also, the proposed model shows an acceptable estimate (with an error of about 17.66%) of the cell performance in the whole range of simulated current densities (0 to 0.6 A/cm<sup>2</sup>). Finally, the effect of operating temperature and anode and cathode pressures on the fuel cell’s performance is investigated and shown that the cell voltage increases by increasing these parameters which, implies their constructive effect on the cell performance.
پیل سوختی, مدل سازی, مدار معادل الکتریکی, چگالی جریان, دما و فشار
Fuel cell, Modeling, Equivalent circuit model, Current density, Temperature and pressure
121
128
http://jiaeee.com/browse.php?a_code=A-10-2258-1&slc_lang=fa&sid=1
Hadis
Mohammadi
حدیث
محمدی
hadis.mohammadi1378@gmail.com
10031947532846009329
10031947532846009329
No
Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University
گروه مهندسی شیمی- دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه اراک
Majid
Sanaeepur
مجید
سنایی پور
m-sanaeepur@araku.ac.ir
10031947532846009330
10031947532846009330
Yes
Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University
گروه مهندسی برق- دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه اراک
Hamidreza
Sanaeepur
حمیدرضا
سنایی پور
h-sanaeepur@araku.ac.ir
10031947532846009331
10031947532846009331
No
Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University
گروه مهندسی شیمی- دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه اراک