การวัดน้ำในเซลล์เชื้อเพลิงแลกเปลี่ยนโปรตอน

Abstract

ในเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ปริมาณน้ำภายในเซลล์เป็นปัจจัยที่มีผลต่อสมรรถนะของเซลล์ หากมีปริมาณน้ำไม่เหมาะสมจะทำให้สมรรถนะของเซลล์ต่ำลง งานวิจัยนี้จึงได้วัดปริมาณน้ำทั้งด้านแคโทดและแอโนดที่เกิดขึ้นจากเซลล์ที่อุณหภูมิความชื้นต่างกัน (80 และ 95 °C) วิเคราะห์และเปรียบเทียบกับสมรรถนะของเซลล์ ผลการศึกษาพบว่าปริมาณน้ำด้านแคโทดมากกว่าปริมาณน้ำด้านแอโนดที่ทุกอุณหภูมิความชื้น เนื่องจากน้ำเกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีทางด้านแคโทด เมื่อเปรียบเทียบน้ำและสมรรถนะของเซลล์ที่อุณหภูมิความชื้นต่างกัน พบว่า ที่อุณหภูมิความชื้น 95 °C มีปริมาณน้ำมากกว่าทั้งด้านแอโนดและแคโทด แต่มีสมรรถนะน้อยกว่าเซลล์ที่อุณหภูมิความชื้น 80 °C เนื่องจากที่อุณหภูมิความชื้นสูง เกิดการควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำ ส่งผลให้เกิดการอุดตันชั้นรูพรุนของชั้นแพร่ก๊าซ สมรรถนะของเซลล์จึงต่ำกว่า ดังนั้นการแก้ปัญหาน้ำท่วมโดยใช้ช่องการไหลเอียงลงเพื่อดักน้ำออกจากเซลล์ไม่ช่วยให้สมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงดีขึ้น เนื่องจากเมมเบรนแห้งเกินไปจึงทำให้การนำโปรตอนของเมมเบรนไม่ดี สมรรถนะจึงต่ำกว่า

Water measurement in PEM fuel cells

In a PEM fuel cell, the cell humidity is an important factor affecting cell performance. This work studied the effect of humidifier temperature (80 and 95 °C) on the cell performance and water occurrence. The results showed the water flowing out from the cathode side was more than that of anode side for both humidifier temperatures due to water occurrence from electrochemical reaction. Comparisons of the water flowing out and the cell performance of the cell operated with different humidifier temperatures presented that at the humidifier temperature of 95 °C, the amount of water flowing out was higher for both cathode and anode side. But the cell performance was lower because at higher humidifier temperature, condensation occurred leading to gas diffusion layer plugging. Thus, the cell performance was lower. Using a down-slanted channel at the cathode side could not improve cell performance due to membrane dehydration.