A Computational Study on the Modelling of the Flow Field Plates of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell

Abstract

У цьому дослідженні детально досліджується моделювання біполярних пластин, пластин поля потоку та пакетів паливних елементів прямого спиртового паливного елемента. Вирішальним компонентом паливного елемента є біполярні пластини, які подають паливо до анода та окислювач до катода, а також підтримують електричну провідність між елементами. З огляду на те, що пластини поля потоку відіграють важливу роль у розподілі газів-реагентів до реакційних центрів, моделювання пластин поля потоку виявилося досить складним через той факт, що пластини поля потоку мають бути міцними та провідними як термічно, так і електрично. Електрохімічні втрати також спостерігаються у випадках, які виникають через дифузію іонів водню та електронів, а також іноді через природний опір матеріалу. Ці втрати можна мінімізувати лише за допомогою тоншої електролітної мембрани та роботи паливного елемента при низьких температурах. Таким чином, це дослідження спрямоване на широке вивчення різних параметрів, включаючи електрохімічні та термічні параметри, шляхом обчислювального моделювання з використанням MATLAB і PYTHON, що відіграє ключову роль у впливі на потік реагентів і величину генерованого струму.

This study extensively investigates the modelling of the bipolar plates, flow field plates and fuel cell stacks of a Direct Alcohol Fuel cell. The crucial component of a fuel cell is the bipolar plates which supply fuel to anode and oxidant to cathode and also maintains electrical conduction between cells. Given that flow field plates plays an important role in distributing reactant gases to the reaction sites, modelling of flow field plates has thus proved to be quite challenging owing to the fact that the flow field plates has to be durable and conductive both thermally and electrically. Electrochemical losses are also observed in cases which occurs due to the diffusion of hydrogen ions and electrons and also sometimes due to the material’s natural resistance. These loses can only be minimised using thinner electrolyte membrane and operating the fuel cell at low temperatures. This study therefore aims at the extensive examination of various parameters including electrochemical and thermal parameters by computational modelling using MATLAB and PYTHON which plays a pivotal role in influencing the flow of reactants and amount of current generated.