بررسی تاثیر جریان گاز در کانال و الکترود آند بر امپدانس الکتروشیمیایی پیل سوختی اکسیدجامد

نویسنده

دانشگاه اراک

چکیده

هدف این مقاله بررسی تاثیر جریان گاز در کانال سوخت و درون الکترود آند بر طیف امپدانس الکتروشیمیایی پیل سوختی اکسید جامد است. به این منظور، با درنظر گرفتن معادلات گذرای بقای جرم، بقای تکانه، بقای اجزاء و معادلات الکتروشیمیایی، امپدانس الکتروشیمیایی شبیه ­سازی شده است. نتایج به ­دست آمده نشان داده است که جریان گاز و انتقال جرم در کانال سوخت منجر به پیدایش کمانی به ­صورت یک نیم­ دایره فشرده ­شده و نامتقارن، با فرکانس آسودگی پایین (کمتر از 10 هرتز)، می­شود. کمان حاصل از انتقال جرم درون الکترود متخلخل به شکل امپدانس واربرگ بوده و دارای فرکانس آسودگی بالاتر (در محدوده 100هرتز) است. تاثیر پارامترهایی همچون سرعت سوخت ورودی به آند، ضخامت الکترود و ترکیب سوخت ورودی بر طیف امپدانس و درنتیجه بر عملکرد پیل بررسی شده و نتایج به ­دست آمده تحلیل شده­ اند. با توجه به حجم زیاد محاسبات عددی لازم جهت شبیه­ سازی طیف امپدانس، با بررسی پارامتری انجام ­شده معیارهایی جهت انتخاب مدل ریاضی مناسب در شرایط مختلف نیز ارائه شده است. به این ترتیب، مدل به­ دست آمده برای تحلیل نتایج آزمایشگاهی طیف­ نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و همچنین بررسی تاثیر پارامترهای موثر بر عملکرد پیل و بهینه ­سازی اجزاء پیل کاربرد خواهد داشت. همچنین، می­توان از تکرار آزمون­های پرهزینه و    زمان­بر طیف ­نگاری امپدانس الکتروشیمیایی اجتناب کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effects of Gas Flow in Anode Channel and Within Anode Electrode on Electrochemical Impedance of Solid Oxide Fuel Cell

نویسنده [English]

  • Rafat Mohammadi
چکیده [English]

The purpose of the current study is to investigate the effects of gas flow in anode channel and within anode electrode on concentration impedance of a solid oxide fuel cell. The gas phase mass transport is modelled using transient conservation equations (momentum and species equations). Results show that gas flow and mass transport in the gas channel results in a depressed semicircle in the Nyquist plot with low relaxation frequency (less than 10Hz). In addition, gas transport in the thick porous anode leads to a Warburg diffusion impedance with relatively higher relaxation frequency (around 100Hz). The influences of parameters such as inlet gas velocity, electrode thickness and inlet gas compositions are also investigated and the results are discussed. From the simulation results, it is found that the EIS simulation produces a tool for both analysing experimental results of EIS and performance optimization of fuel cells. In addition, the developed simulation tool may allow for a reduction in the amount of costly trial and error experiments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • solid oxide fuel cell
  • Electrochemical impedance
  • Concentration impedance
  • Transient modeling