Bir yakıt hücresi yığını, seri bağlı yüzlerce hücreden oluşur. Akım hepsinden geçtiği için, en düşük performanslı hücre bütün yığını sınırlar — ve o hücre genellikle reaktifin en az ulaştığı hücredir.
İki ölçekli dağılım problemi
Yığın ölçeği. Ana besleme kanalından (manifold) hücrelere dağılım. Manifold boyunca basınç düşerse uçtaki hücreler az beslenir. Manifold kesitinin hücre kanallarına göre yeterince büyük olması bu yüzden kritiktir.
Hücre ölçeği. Tek bir plakanın kanal deseni içinde dağılım. Paralel kanallarda su birikmesi bazı kanalları tıkayabilir ve akış diğerlerine kayar; serpantin desen bunu önler ama basınç kaybı yüksektir. Ara desenler (interdigitated) gaz difüzyon katmanından zorlamalı geçiş sağlar.
Her ikisi de klasik dağılım problemidir.
Su yönetimi merkezi sorun
Proton değişim membranlı hücrelerde membranın iletken olması için nemli kalması gerekir; ama katotta üretilen su fazla olursa gözenekleri tıkar (flooding) ve reaktifin katalizöre ulaşmasını engeller.
Yani hedef kurutmak değil, dar bir nem aralığında tutmaktır ve bu aralık akım yoğunluğuyla, sıcaklıkla ve konumla değişir. Bir kanalda kuru, komşusunda su basmış olabilir.
Su taşınımı gözenekli katmanlar içinde olur ve gözenekli ortam özellikleri (gözeneklilik, geçirgenlik, ıslanabilirlik) sonucu doğrudan belirler.
Termal taraf
Verimin bir kısmı ısıya döner ve membran sıcaklığı dar bir aralıkta tutulmalıdır. Soğutma kanalları plakanın içindedir; sıcaklık dağılımı da hücreden hücreye eşit olmalıdır. Problem eşleniktir.
Modelleme sırasında akış, tür taşınımı, su fazı ve ısı birlikte çözülür; tek başına akış dağılımına bakmak eksik bir resim verir.
Kaynaklar
- Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48(2), 89–94.
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605