Three-dimensional numerical analysis of PEM fuel cells with straight and wave-like gas flow fields channels

Kuo, Jenn‐Kun; Yen, Tzu-Hsiang; Chen, Cha'o. Kuang

doi:10.1016/j.jpowsour.2007.11.065

Cited by 136 publications

(40 citation statements)

References 26 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Yakıt pili için kullanılan Membran Elektrot Çiftleri literatürdeki çalışmalardan araştırılarak belirlenmiştir [18], [19]. Tablo 6'dan görüleceği üzere MEÇ'ler iki farklı kalınlık setinde seçilmiştir.…”

Section: Meç Kalınlığının Etkisi (Effect Of Mea Thickness)unclassified

See 1 more Smart Citation

PEM YAKIT PİLİNİN DEĞİŞİK MEMBRAN ELEKTROT ÇİFTİ KALINLIKLARINDA ve FARKLI ÇALIŞMA BASINCI KOŞULLARINDA ÜÇ BOYUTLU SAYISAL ANALİZİ

Bilgili¹,

Sivrioğlu²

2016

Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi

View full text Add to dashboard Cite

ÖZETİki farklı boyuttaki MEÇ'in (Membran Elektrot Çiftinin) kullanıldığı, tek bir hücreden oluşan proton aktaran membran yakıt pilinin (PEMFC) ANSYS-FLUENT yardımı ile üç boyutlu sayısal analizi yapılmıştır. İki farklı kalınlıktaki MEÇ ile hazırlanan PEM yakıt pilinin sayısal analizi farklı çalışma koşullarında yapılmıştır. Birinci MEÇ'de difüzyon tabakası, katalizör tabakası ve membran kalınlıkları sırasıyla, 0,400 mm, 0,005 mm ve 0,035 mm olarak belirlenmiştir. İkinci MEÇ için bu kalınlıklar 0,300 mm, 0,050 mm ve 0,125 mm olarak kabul edilip sayısal çözümler alınmıştır. Bu iki MEÇ kullanılarak polarizasyon eğrileri elde edilip karşılaştırılmıştır. İnce bir katalizör tabakası kalınlığına sahip MEÇ-1 için elde edilen çözümler neticesinde konsantrasyon kayıplarının olduğu kısım polarizasyon eğrisinde görülebilmektedir. MEÇ-1 ile hazırlanan yakıt pili modelinin çözümünden elde edilen akım yoğunluğu değerleri MEÇ-2 ile hazırlanan duruma göre daha iyi çıkmıştır. PEM yakıt pili modeli için çalışma basıncının akım yoğunluğuna etkileri bu iki farklı kalınlıktaki MEÇ (MEÇ-1 ve MEÇ-2) kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışma basıncı 150 kPa, 200 kPa, 300 kPa ve 400 kPa olarak belirlenip her bir basınç değerindeki polarizasyon eğrileri her iki MEÇ için grafikler halinde sunulmuştur. Bu problemin çözümü için, kütle, momentum, enerji, türler ve faz potansiyelinin korunumu dikkate alınmıştır. ANSYS FLUENT PEMFC modülünde yakıt pili içindeki elektrokimyasal eşitlikler, hidrojenin oksidasyonu ve oksijenin indirgenme hızına bağlı olarak çözülmüştür. Hidrojen ve oksijenin kütle kesri dağılımları ile ilgili sonuçlar, ana gaz akış yönünde iki boyutlu olarak sunulmuştur. Ayrıca hidrojenin kütle kesri değişimleri ana akışa dik kesitlerde (giriş, orta ve çıkış) alınan dağılımlarla iki boyutlu olarak incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: PEM yakıt pili, membran elektrot çifti (MEÇ), sayısal analiz 3D NUMERICAL ANALYSIS OF PEM FUEL CELL AT DIFFERENT MEA THICKNESSES AND OPERATING PRESSURE CONDITIONS ABSTRACTThis study covers the three dimensional analysis of a single-cell proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) by using ANSYS-FLUENT program for two different dimensioned of Membrane Electrode Assembly (MEA). Two prepared MEA with different thickness dimensions were implemented to PEM fuel cell and analyzed numerically by using ANSYS-FLUENT. In the first MEA, the thicknesses of gas diffusion layer, catalyst layer and membrane were selected as 0.400 mm, 0.005 mm and 0.035 mm, respectively. For the second MEA these thicknesses were selected for gas diffusion layer as 0.300 mm, for catalyst layer as 0.050 mm. and for membrane as 0.125 mm and numerically analyzed by using dimensional properties of second MEA. For these two different MEAs which have different thicknesses, were used in PEM fuel cell model, polarization curves obtained and compared. As a result of solutions were obtained for MEA-1 having a catalyst layer with a thin thickness, the region corresponding to concentration losses occurs in the polarization curve can be seen. The curren...

show abstract

Section: Meç Kalınlığının Etkisi (Effect Of Mea Thickness)unclassified

“…Yukarıdaki sonuçlar, düz gaz akış kanalı durumu için elde edilmiştir. Gaz akış kanalına engel konulması durumunda yakıt pili performansının iyileşebileceği bilinmektedir [18]. Bu nedenle burada ele alınan durumların engelli akış kanalına sahip PEM yakıt pili modellerinde denenmesinde yarar vardır.…”

Section: Sonuçlar (Conclusion)unclassified

PEM YAKIT PİLİNİN DEĞİŞİK MEMBRAN ELEKTROT ÇİFTİ KALINLIKLARINDA ve FARKLI ÇALIŞMA BASINCI KOŞULLARINDA ÜÇ BOYUTLU SAYISAL ANALİZİ

Bilgili¹,

Sivrioğlu²

2016

Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Fuel cell performance was improved with smaller rib width, because the diffusion of gas to electrode was improved. Kuo et al [6][7][8] conducted three-dimensional numerical analysis regarding velocity and temperature distribution in the PEMFC channel using wave-like and ladder-like surfaces, thus comparing the current density (CD) with that of the normal surface, to improve performance.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Experimental Study on Improvement of Performance by Wave Form Cathode Channels in a PEM Fuel Cell

et al. 2018

View full text Add to dashboard Cite

Abstract:We propose a wave-like design on the surface of cathode channels (wave form cathode channels) to improve oxidant delivery to gas diffusion layers (GDLs). We performed experiments using proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) combined with wave form surface design on cathodes. We varied the factors of the distance between wave-bumps (the adhesive distance, AD), and the size of the wave-bumps (the expansion ratio, ER). The ADs are three, four, and five times the size of the half-circle bump's radius, and the ERs are two-thirds, one-half, and one-third of the channel's height. We evaluated the performances of the fuel cells, and compared the current-voltage (I-V) relations. For comparison, we prepared PEMFCs with conventional flat-surfaced oxygen channels. Our aim in this work is to identify fuel cell operation by modifying the surface design of channels, and ultimately to find the optimal design of cathode channels that will maximize fuel cell performance.

show abstract

“…Their results indicated that shorter channel can generate maximum power when compared with longer channels. Effect of a sinusoidal wavy wall at bottom surface of the channel over PEMFC was numerically investigated by Kuo et al [7], Kuo and Chen [16] and Kuo et al [17] and Kuo and Chen [20]. Simulation results of flow channel having the wavy wall are increased the power density of PEMFC up to 39.5% [20].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Performance prediction of PEM fuel cell with wavy serpentine flow channel by using artificial neural network

Seyhan

Akansu

Murat

et al. 2017

International Journal of Hydrogen Energy

103

View full text Add to dashboard Cite

Three-dimensional numerical analysis of PEM fuel cells with straight and wave-like gas flow fields channels

Cited by 136 publications

References 26 publications

PEM YAKIT PİLİNİN DEĞİŞİK MEMBRAN ELEKTROT ÇİFTİ KALINLIKLARINDA ve FARKLI ÇALIŞMA BASINCI KOŞULLARINDA ÜÇ BOYUTLU SAYISAL ANALİZİ

PEM YAKIT PİLİNİN DEĞİŞİK MEMBRAN ELEKTROT ÇİFTİ KALINLIKLARINDA ve FARKLI ÇALIŞMA BASINCI KOŞULLARINDA ÜÇ BOYUTLU SAYISAL ANALİZİ

Experimental Study on Improvement of Performance by Wave Form Cathode Channels in a PEM Fuel Cell

Performance prediction of PEM fuel cell with wavy serpentine flow channel by using artificial neural network

Contact Info

Product

Resources

About