Published April 2, 2024 | Version v1
Publication Open

Numerical and Experimental Investigation of Performance and Flooding Phenomena of a PEM Fuel Cell with and without Micro-Porous Layers

Creators

  • 1. Le Quy Don Technical University
  • 2. Duy Tan University

Description

This work presents the results of manufacturing a single Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) with Micro-Porous Layers (MPLs) and an active area of 25 cm2, and the experimental study required to build its polarization curve. Based on the physical model data, a numerical model of this PEMFC is created in the ANSYS PEM Fuel Cell module. Numerical simulations were performed with boundary conditions consistent with the experimental conditions on the test station. The calculation and experimental result comparison of the polarization curves for voltages ranging from 0.29 V to 0.94 V proved that the utilized numerical model is highly reliable. The simulation of PEMFC without MPLs was conducted according to other stable input parameters and boundary conditions. The results show that the PEMFC performance decreases significantly due to the flooding phenomenon inside PEMFC without MPLs compared to PEMFC with MPLs. Such phenomena are challenging to observe experimentally. Numerical modeling can be further used to optimize the fuel cell components.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعرض هذا العمل نتائج تصنيع خلية وقود غشاء تبادل بروتون واحدة (PEMFC) مع طبقات مسامية صغيرة (MPLs) ومساحة نشطة تبلغ 25 سم 2، والدراسة التجريبية المطلوبة لبناء منحنى الاستقطاب الخاص بها. بناءً على بيانات النموذج المادي، يتم إنشاء نموذج رقمي لـ PEMFC هذا في وحدة خلية الوقود ANSYS PEM. تم إجراء عمليات محاكاة عددية مع ظروف حدودية تتفق مع الظروف التجريبية في محطة الاختبار. أثبت الحساب ومقارنة النتائج التجريبية لمنحنيات الاستقطاب للفلطية التي تتراوح من 0.29 فولت إلى 0.94 فولت أن النموذج العددي المستخدم موثوق للغاية. تم إجراء محاكاة PEMFC بدون MPLs وفقًا لمعلمات الإدخال المستقرة الأخرى وظروف الحدود. تظهر النتائج أن أداء PEMFC ينخفض بشكل كبير بسبب ظاهرة الفيضانات داخل PEMFC بدون MPLs مقارنة بـ PEMFC مع MPLs. من الصعب ملاحظة مثل هذه الظواهر تجريبياً. يمكن استخدام النمذجة العددية بشكل أكبر لتحسين مكونات خلية الوقود.

Translated Description (French)

Ce travail présente les résultats de la fabrication d'une seule pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) avec des couches microporeuses (MPL) et une surface active de 25 cm2, ainsi que l'étude expérimentale nécessaire pour construire sa courbe de polarisation. Sur la base des données du modèle physique, un modèle numérique de ce PEMFC est créé dans le module de pile à combustible ANSYS PEM. Des simulations numériques ont été effectuées avec des conditions aux limites compatibles avec les conditions expérimentales sur la station d'essai. Le calcul et la comparaison des résultats expérimentaux des courbes de polarisation pour des tensions allant de 0,29 V à 0,94 V ont prouvé que le modèle numérique utilisé est très fiable. La simulation de PEMFC sans MPLS a été réalisée en fonction d'autres paramètres d'entrée stables et des conditions aux limites. Les résultats montrent que les performances de la PEMFC diminuent de manière significative en raison du phénomène d'inondation à l'intérieur de la PEMFC sans MPL par rapport à la PEMFC avec MPL. De tels phénomènes sont difficiles à observer expérimentalement. La modélisation numérique peut en outre être utilisée pour optimiser les composants de la pile à combustible.

Translated Description (Spanish)

Este trabajo presenta los resultados de la fabricación de una sola celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) con capas microporosas (MPL) y un área activa de 25 cm2, y el estudio experimental requerido para construir su curva de polarización. Con base en los datos del modelo físico, se crea un modelo numérico de esta PEMFC en el módulo ANSYS PEM Fuel Cell. Las simulaciones numéricas se realizaron con condiciones de contorno consistentes con las condiciones experimentales en la estación de prueba. El cálculo y la comparación de resultados experimentales de las curvas de polarización para voltajes que van de 0.29 V a 0.94 V demostraron que el modelo numérico utilizado es altamente confiable. La simulación de PEMFC sin MPL se realizó de acuerdo con otros parámetros de entrada estables y condiciones de límite. Los resultados muestran que el rendimiento de PEMFC disminuye significativamente debido al fenómeno de inundación dentro de PEMFC sin MPL en comparación con PEMFC con MPL. Tales fenómenos son difíciles de observar experimentalmente. El modelado numérico se puede utilizar además para optimizar los componentes de la celda de combustible.

Files

3535.pdf

Files (1.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7bcd4c89611967aa9545c7f36bf53ee6
1.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحقيق العددي والتجريبي لظواهر الأداء والفيضانات لخلية وقود PEM مع وبدون طبقات مسامية صغيرة
Translated title (French)
Étude numérique et expérimentale des phénomènes de performance et d'inondation d'une pile à combustible PEM avec et sans couches microporeuses
Translated title (Spanish)
Investigación numérica y experimental del rendimiento y los fenómenos de inundación de una celda de combustible PEM con y sin capas microporosas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393900884
DOI
10.48084/etasr.6996

Is supplement to
https://openalex.org/W4376506374 (Other)
https://openalex.org/W4233683207 (Other)
https://openalex.org/W3163182738 (Other)
https://openalex.org/W2942800108 (Other)
https://openalex.org/W2744116649 (Other)
https://openalex.org/W2566120354 (Other)
https://openalex.org/W2359594532 (Other)
https://openalex.org/W2237020462 (Other)
https://openalex.org/W2060932451 (Other)
https://openalex.org/W1988177323 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1965184652
  • https://openalex.org/W1970779109
  • https://openalex.org/W1973882011
  • https://openalex.org/W2004662258
  • https://openalex.org/W2012958209
  • https://openalex.org/W2020578932
  • https://openalex.org/W2033509089
  • https://openalex.org/W2054538403
  • https://openalex.org/W2089810484
  • https://openalex.org/W2531900285
  • https://openalex.org/W2609990969
  • https://openalex.org/W2611573420
  • https://openalex.org/W2765963002
  • https://openalex.org/W2788917129
  • https://openalex.org/W2795824339
  • https://openalex.org/W2990425051
  • https://openalex.org/W2992224605
  • https://openalex.org/W3043302069
  • https://openalex.org/W3087951104
  • https://openalex.org/W3125501322
  • https://openalex.org/W3181554956
  • https://openalex.org/W4281772025
  • https://openalex.org/W4290564978
  • https://openalex.org/W4293079633
  • https://openalex.org/W4311605345
  • https://openalex.org/W4386023631