Investigation of convective transport in the gas diffusion layer used in polymer electrolyte fuel cells

Autor(es)

Beruski, Otavio ^{[1, 2]} ; Lopes, Thiago ^{[1, 2, 3]} ; Kucernak, Anthony R. J. ^[3] ; Perez, Joelma ^[1]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Sao Paulo, Inst Quim Sao Carlos, BR-13566590 Sao Carlos, SP - Brazil

^[2] IPEN CNEN SP, Nucl & Energy Res Inst, BR-05508000 Sao Paulo, SP - Brazil

^[3] Imperial Coll London, Dept Chem, South Kensington Campus, London SW7 2AZ - England

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: PHYSICAL REVIEW FLUIDS; v. 2, n. 10 OCT 17 2017.
• Citações Web of Science: 2

Resumo

Recent experimental data on a fuel-cell-like system revealed insights into the fluid flow in both free and porous media. A computational model is used to investigate the momentum and species transport in such a system, solved using the finite element method. The model consists of a stationary, isothermal, diluted species transport in free and porous media flow. The momentum transport is treated using different formulations, namely, Stokes-Darcy, Darcy-Brinkman, and hybrid Stokes-Brinkman formulations. The species transport is given by the advection equation for a reactant diluted in air. The formulations are compared to each other and to the available experimental data, where it is concluded that the Darcy-Brinkman formulation reproduces the data appropriately. The validated model is used to investigate the contribution of convection in reactant transport in porous media of fuel cells. Convective transport provides a major contribution to reactant distribution in the so-called diffusion media. For a serpentine channel and flow with Re = 260-590, convection accounts for 29-58% of total reactant transport to the catalyst layer. (AU)

• Processo FAPESP: 14/22130-6 - Eletrocatálise além da platina: desenvolvimento de eletrocatalisadores sustentáveis
• Beneficiário: Thiago Lopes
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 13/16930-7 - Eletrocatálise V: processos eletrocatalíticos de interconversão entre as energias química e elétrica
• Beneficiário: Edson Antonio Ticianelli
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 13/11316-9 - Simulação e modelagem de células a combustível de membrana de troca protônica
• Beneficiário: Otávio Beruski
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 14/50279-4 - Brasil Research Centre for Gas Innovation
• Beneficiário: Julio Romano Meneghini
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 11/50727-9 - Desenvolvimento de sistemas para produção de hidrogênio e para geração e utilização de energia eletro-química
• Beneficiário: Ernesto Rafael Gonzalez
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/15304-6 - Eletrocatálise além da platina: desenvolvimento de eletrocatalisadores sustentáveis
• Beneficiário: Thiago Lopes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 14/09087-4 - Estudos sobre o uso do bioetanol em células a combustível do tipo PEMFC e SOFC
• Beneficiário: Marcelo Linardi
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático