Simplified Model for Oxygen Transport With Reaction in a Polymer-Electrolyte Fuel Cell

Authors


Abstract

A simplified mathematical model for an ion-exchange membrane attached to a gas-fed porous electrode is developed to simulate the oxygen electrode of a solid-polymer-electrolyte fuel cell. In particular, the present model is derived from an earlier rigorous one of Bernardi and Verbrugge(1991) by neglecting the Peclet number for the transport of dissolved oxygen within the catalyst. The advantage of this simpler model is that it can be solved analytically, eliminating the need for numerical simulation. Longitudinal profiles for the dissolved oxygen concentration and catalyst current density calculated from the present model are in good agreement with results from the earlier rigorous model.

Abstract

On a mis au point un modèle mathématique simplifié de membrane échangeuse d'ions attachée à une électrode poreuse alimentée en gaz, afin de simuler l'électrode d'oxygène d'une pile à combustible solide-polymère-électrolyte. Le modèle proposé est établi à partir du modèle antérieur rigoureux de Bernardi et Verbrugge (1991) en négligeant le nombre de Peclet pour le transport d'oxygène dissous à l'intérieur du catalyseur. L'avantage de ce modèle plus simple est qu'il peut se résoudre de façon analytique, éliminant ainsi le besoin d'une simulation numérique. Les profils longitudinaux pour la concentration en oxygène dissous et la densité de courant du catalyseur calculés à partir du présent modèle sont en bon accord avec les résultats venant du modèle antérieur rigoureux.

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