Квазитрехмерная модель топливных элементов с полимерным электролитом

Авторы

  • А.А. Куликовский

Ключевые слова:

топливные элементы
квазитрехмерные модели
полимерный электролит
уравнения сохранения тока
электрохимические реакции
каталитический слой

Аннотация

Описана квазитрехмерная модель топливных элементов с полимерным электролитом. Модель основана на уравнениях переноса газа в топливных каналах и пористых слоях, уравнениях сохранения тока и Батлер-Вольмеровских формулах для скоростей электрохимических реакций. Модель описывает каталитические слои и дает «карты» распределения параметров в сечении топливного элемента с длинными топливными каналами на обеих сторонах. В качестве примера продемонстрирована роль транспорта воды. Показано, что вблизи входа в канал электроосмотический эффект может заметно осушать анодный каталитический слой и соседние участки мембраны, что ухудшает эффективность работы элемента.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2002-09-17

Выпуск

Том 3 (2002): Выпуск 1.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Автор

А.А. Куликовский

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва

Библиографические ссылки

  1. P. Costamagna and S. Srinivasan , «Quantum jumps in the PEMFC science and technology from the 1960s to the year 2000», J. Power Sources , 102 , 1-2: 242-252, 2001.
  2. T.F. Fuller and J. Newman , «Water and thermal management in solid-polymer-electrolyte fuel cells», J. Electrochem. Soc. , 140 , 5: 1218-1225, 1993.
  3. T.V. Nguyen and R.E. White , «A water and heat management model for proton-exchange-membrane fuel cells», J. Electrochem. Soc. , 140 , 8: 2178-2186, 1993.
  4. J.S. Yi and T.V. Nguyen , «An along-the-channel model for proton exchange membrane fuel cells», J. Electrochem. Soc. , 145 , 4: 1149-1159, 1998.
  5. K. Dannenberg, P. Ekdunge, and G. Lindbergh , «Mathematical model of the PEMFC », J. Appl. Electrochem. , 30 12: 1377-1387, 2000.
  6. S. Um, C.-Y. Wang, and K.S. Chen , «Computational fluid dynamics modeling of proton exchange membrane fuel cells», J. Electrochem. Soc. , 147 , 12: 4485-4493, 2000.
  7. P. Futerko and I.-M. Hsing , «Two-dimensional finite-element method study of the resistance of membranes in polymer electrolyte fuel cells», Electrochimica Acta , 45 : 1741-1751, 2000.
  8. I.-M. Hsing and P. Futerko , «Two-dimensional simulation of water transport in polymer electrolyte fuel cells», Chem. Engineer. Sci. , 55 : 4209-4218, 2000.
  9. Z.H. Wang, C.Y. Wang, and K.S. Chen , «Two-phase flow and transport in the air cathode of proton exchange membrane fuel cells», J. Power Sources , 94 : 40-50, 2001.
  10. D. Natarajan and T.V. Nguyen , «A two-dimensional, two-phase, multicomponent, transient model for the cathode of a proton exchange membrane fuel cell using conventional gas distributors», J. Electrochem. Soc. , 148 , 12: A1324-A1335, 2001.
  11. S. Dutta, S. Shimpalee, and J.W. Van Zee , «Three-dimensional numerical simulation of straight channel P E M fuel cells», J. Appl. Electrochem. , 30 : 135-146, 2000.
  12. A.A. Kulikovsky , «Numerical simulation of a new operational regime for a polymer electrolyte fuel cell», Electrochem. Comm. , 3 , 8: 460-466, 2001.
  13. A.A. Kulikovsky , «Quasi three-dimensional modeling of a PEM fuel cell: Comparison of the catalyst layers performance», Fuel Cells , 1 , 2: 162-169, 2001.
  14. F. Buchi and G.G. Scherer , «Investigation of the transversal water profile in N afion membranes in polymer electrolyte fuel cells», J. Electrochem. Soc. , 148 , 3: A183-A188, 2001.
  15. A.A. Kornyshev and A.A. Kulikovsky , «Characteristic length of fuel and oxygen consumption in feed channels of polymer electrolyte fuel cells», Electrochimica Acta , 45 , 28: 4389-4395, 2001.
  16. R.B. Bird, W.E. Stewart, and E.N. Lightfoot , Transport Phenomena , New York: Wiley, 1960.
  17. A.A. Kulikovsky , «Modeling of water management in polymer electrolyte fuel cells», J. Electrochem. Soc. , 2002, (submitted).
  18. A.A. Kulikovsky , «Gas dynamics in channels of a gas-feed direct methanol fuel cell: Exact solutions», Electrochem. Comm. , 3 , 10: 572-79, 2001.
  19. D.L. Scharfetter and D.L. Gummel , «Large signal analysis of a silicon read diode oscillator», IEEE Trans. on Electr. Devices , ED-16: 64-77, 1969.
  20. A.A. Kulikovsky , «Simple and accurate scheme for nonlinear convection-diffusion equations», J. Comp. Phys. , 173 , 2: 716-729, 2001.
  21. A.A. Kulikovsky, J. Divisek, and A.A. Kornyshev , «Modeling the cathode compartment of polymer electrolyte fuel cells: Dead and active reaction zones», J. Electrochem. Soc. , 146 , 11: 3981-3991, 1999.
  22. A.A. Kulikovsky, J. Divisek, and A.A. Kornyshev , «Two-dimensional simulation of direct methanol fuel cells: A new (embedded) type of current collectors», J. Electrochem. Soc. , 147 , 3: 953-959, 2000.