Reka bentuk dan penilaian prestasi plat dwikutub logam ringan dengan medan aliran selari beralun bagi sel fuel membran penukar proton

Abstract

Aplikasi sel fuel penukar proton (PEMFC) merupakan teknologi tenaga boleh baharu yang sangat berpotensi, namun penggunaan plat dwikutub (BP) konvensional berasaskan grafit yang berat dan rapuh menghalang keberkesanan sistem bagi aplikasi mudah alih ringan. Selain itu, reka bentuk medan aliran selari (PFF) sedia ada sering berdepan masalah taburan bahan tindak balas yang tidak sekata dan pengurusan air yang lemah, yang akhirnya mengehadkan ketumpatan kuasa sistem. Kajian ini menangani isu tersebut dengan mengintegrasikan pendekatan eksperimen dan simulasi bagi membangunkan BP logam ringan dengan reka bentuk medan aliran beralun (WPFF). Selain itu, beberapa model saluran tunggal WPFF dengan kedalaman 0.15 mm, 0.20 mm, 0.25 mm dan 0.35 mm turut dimodelkan bersama satu model saluran tunggal PFF dengan kedalaman 0.25 mm untuk tujuan simulasi dan perbandingan. Keputusan simulasi telah disahkan menggunakan data eksperimen bagi sel tunggal WPFF dengan kedalaman 0.25 mm. Petunjuk prestasi utama, iaitu taburan aliran bendalir, ketumpatan kuasa dan ketumpatan arus, telah dianalisis. Hasil kajian menunjukkan bahawa reka bentuk WPFF menghasilkan ketumpatan kuasa maksimum yang lebih tinggi berbanding reka bentuk PFF, di samping mengekalkan taburan aliran bendalir yang baik, di mana saluran tunggal WPFF dengan kedalaman 0.25 mm mencapai ketumpatan kuasa sebanyak 0.276 W/cm² berbanding 0.266 W/cm² bagi saluran tunggal PFF dan 0.210 W/cm² berbanding 0.190 W/cm² untuk sel tunggal WPFF dan PFF. Selain itu, perbandingan kedalaman saluran menunjukkan bahawa saluran tunggal WPFF dengan kedalaman 0.15 mm menghasilkan ketumpatan kuasa tertinggi iaitu 0.296 W/cm², manakala kedalaman 0.35 mm menunjukkan ketumpatan kuasa terendah iaitu 0.262 W/cm². Kajian ini menunjukkan potensi penggunaan reka bentuk medan aliran selari beralun untuk aplikasi PEMFC ringan dan kebolehlaksanaan penggunaan simulasi CFD untuk memodelkan prestasi sebenar BP ringan.