نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران

2 آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، فریدونکنار، ایران

چکیده

تلاش برای کسب تکنولوژی در زمینه ساخت زیردریایی مجهز به سیستم پیش رانش مستقل از هوا در حال افزایش می‌باشد. پیل‌سوختی پلیمری یکی از گزینه‌های مناسب به عنوان سیستم تامین توان زیردریایی می‌باشد. پایداری یکی از شاخص‌های اصلی رقابت فناوری پیل‌سوختی پلیمری با دیگر فناوری‌های تولید توان است. با توجه به اهمیت تست‌‌ بررسی پایداری سری پیل سوختی پلیمری، برای اولین بار در کشور ایران، در این تحقیق عملکرد سری پیل‌سوختی پلیمری در طول مدت 200 ساعت مورد ارزیابی قرارگرفت. نحوه انجام تست طولانی مدت بر اساس پروتوکل‌های معتبر جهانی و باتوجه به کاربری موردنظر، در سه بخش ارزیابی منحنی قطبیت، طیف امپدانس الکتروشیمی پیل‌سوختی و تغییرات یون فلوئور (تست فنتون)، pH و هدایت الکتریکی آب خروجی سمت آند و کاتد در بازه‌های زمانی 25 ساعت طراحی گردید. براساس نتایج بدست آمده مشخص گردید قحطی اکسیدان، تجمع ذرات آب در سل سوم و تشکیل قطرات آب در شیر سوزنی که ناشی از طراحی منیفولدهای گازهای واکنش‌دهنده و همچنین نحوه‌ی بهره‌برداری از سل می‌باشند، به عنوان عوامل برگشت پذیر افت عملکرد سری پیل سوختی عمل می‌نمایند. با بررسی طیف امپدانس الکتروشیمی مشخص گردید مقاومت اهمی در طول تست 200 ساعته تقریباً ثابت و معادل mΩ/cm2 1500 باقی ماند. مقاومت انتقال بار بیشتر در سل سوم نسبت به بقیه‌ی سل‌ها را می‌توان به تجمع آب در سل آخر نسبت داد. بررسی یون فلوئور، pH و هدایت الکتریکی آب خروجی از سمت آند و کاتد سری محدود 3 سل پیل‌سوختی مشخص نمود عملکرد سری در مدت زمان 200 ساعت تاثیری بر روی ساختار غشاء نداشته و تخریب شیمیایی ساختار آن در زمان‌های طولانی تر رخ خواهد داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Long-term testing of PEM Fuel Cell Stack with the application of air-independent propulsion systems for submarine

نویسندگان [English]

  • mohammad soleimani 1
  • majid khorshidian 2
  • majid rahgoshay 2
  • hossein masroury 2

1 Faculty of Engineering Modern Technologies, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran

2 Fuel Cell Technology Research Laboratory, Malek Ashtar University of Technology, Feridonkenar, Iran

چکیده [English]

The quest for technology to build submarines equipped with an air-independent propulsion system is increasing. PEM fuel is one of the best options for a submarine power supply system. Durability is one of the main competition factor of polymer fuel cell technology with other power generation technologies. Regarding the importance of polymer fuel cell stack stability tests, for the first time in Iran, performance of polymer fuel cell stack was evaluated over a period of 200 hours. Durability test condition was determined based on universal well-known protocols and according to the intended use, in three sections: assessment of polarization curve, electrochemical impedance spectroscopy and fluoride ions (Fenton test), pH, and electrical conductivity of the anode and cathode side discharge water changes in the intervals of 25 hours. Based on the results, it was found that oxidant shortage, accumulation of water particles in the third cell, and the formation of droplets of water in needles, caused by the design of gas manifolds as well as the applied operation conditions, act as reversible factors for the performance loss of the fuel cell stack. Analyzing the electrochemical impedance spectrum, it was determined that the ohmic resistivity remained almost constant over the 200 hour test (1500mΩ/cm2). The higher charge transfer resistance in the third cell than the others can be attributed to the accumulation of water in the last cell. Investigating the fluoride ions, pH and conductivity of the outlet water from the anode and cathode side of fuel cell stack, it was revealed that performance during 200 hours does not have an effect on the membrane chemical structure, and the chemical degradation of its structure will take place at longer times.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polymer fuel cell
  • Durability
  • Long term test
  • electrochemical impedance spectroscopy
  • Performance loss