Modelling of Gas Diffusion Layer of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: A Computational Approach

Abstract

У полімерно-електролітній мембрані (PEM) газодифузійний шар паливного елемента (GDL) є ключовим компонентом, який забезпечує електричний зв’язок між біполярними пластинами та електродами, а також допомагає розподіляти реагенти до шарів електрокаталізатора. Крім того, GDL дозволяє видаляти вироблену воду з поверхні електрода та допускати рух води між проточними каналами і двома електродами. Відомо, що обчислювальне моделювання відіграє важливу роль у підвищенні ефективності паливних елементів PEM. Багато підходів використовуються для моделювання GDL. Точне передбачення ефективного розподілу палива, оптимізації температури та управління водою GDL є важливим для розуміння його впливу на продуктивність PEMFC. Оскільки в GDL бере участь складна геометрія, прогнозування поведінки GDL є досить складним завданням. Це дослідження має на меті зрозуміти вплив різних параметрів, таких як температура, концентрація водяної пари, концентрація кисню, насичення водяною парою, на продуктивність GDL. Таким чином, дана стаття зосереджена на вивченні GDL з використанням MATLAB як зручної мови програмування.

In Polymer Electrolyte Membrane (PEM) Fuel Cell Gas Diffusion Layer (GDL) is the key component that makes electrical connection between the bipolar plates and the electrodes and helps in distribution of reactants to the electrocatalyst layers. Moreover, GDL allows the removal of produced water from the surface of the electrode and allow the motion of water in between the flow channels and two electrodes. It is well observed that the computational modelling plays an important role regarding the advancement in efficiency of PEM Fuel Cell. From the modelling perspective this is minutely examined that the GDL layer provides many objectives. Many approaches are being undertaken for the modelling of the GDL. Accurate prediction of the effective distribution of fuel, optimization of temperature and water management of GDL is important in understanding its effects on PEMFC performance. As the complex geometry is involved in GDL so the prediction of GDL behaviour is quite challenging. Hence, computational modelling of GDL is highly beneficial in this condition. This study aims to understand the influence of different parameters like temperature, Water vapor concentration, oxygen concentration, water vapour saturation on GDL performance. So, this work focuses on the study of the GDL computationally using MATLAB as the convenient programming language.