An Analytıcal Solutıon Of A 2-D Model Of Cathode Sıde For A Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Bu çalışmada, PEM yakıt hücresinin katot tarafındaki elektriksel ve kütlesel nicelikleri yöneten aktarım olayları, gaz kanalındaki eksenel taşınım etkisi altında analitik olarak modellenmiştir. Hücrenin katot tarafının, katot gaz kanalı, gaz yayıcı, katalizör tabakası ve membran'dan ibaret olduğu kabul edilmiştir. Oksijen, akım yoğunluğu ve faz potansiyeli için iki boyutlu matematiksel model inşa edilmiştir. Eşleştirilmiş Kısmi diferansiyel denklemler sistemi analitik olarak türetilmiş ve hücrenin tüm tabakaları için çözülmüştür. Membran ve katalizör tabakalarında faz potansiyeli ve akım yoğunluğu, gaz kanalı, gaz difüzyon kanalı ve katalizör tabakasında ise oksijen kütle kesirleri elde edilmiştir. Gaz kanalındaki oksijen kütle aktarım eksenel hızının kutuplaşma eğrileri üzerine olan etkisi incelenmiştir. Farklı giriş hızları için kutuplaşma eğrileri elde edilmiştir. Kapalı-form çözümünün getirdiği avantaj sayesinde, bu model, PEM yakıt hücre simülasyonları için teşhis aracı olarak kolaylıkla kullanılabilir.In this study, transport phenomena governing the mass and electrical quantities in the cathode side of the PEM fuel cell were analytically modeled under the effect of axial convection in the gas channel. It was assumed that the cathode side of the cell consists of the cathode gas channel, gas diffuser, catalyst layer, and the membrane. A two dimensional mathematical model was constructed for oxygen, current density and phase potential. Coupled system of partial differential equations were analytically derived and solved in each layer of the cell. Oxygen mass fractions were obtained through the gas channel, gas diffusion channel and catalyst layer, and the current density and phase potential in the catalyst layer and membrane. The effect of the axial velocity of oxygen mass transport in the gas channel on the polarization curve was considered. The polarization curves were also obtained for different inlet velocities. Due to the advantage of the closed-form solutions this model can easily be employed as a diagnostic tool for PEM fuel cell simulations