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Análise do desempenho de pilhas de combustível do tipo pemfc com cátodo aberto ao ar

Teixeira, Ana C.; Pinto, Diogo; Silva, Vasco; Colaço, Rogério
2007-07-01

Resumo em português As pilhas de combustível a hidrogénio do tipo membrana de permuta protónica (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - PEMFC), produzidas pela empresa SRE - Soluções Racionais de Energia, SA caracterizam-se pela inserção do hidrogénio no ânodo ser efectuada através de um sistema de canais fechados e pelo facto do cátodo ser aberto ao ar. O presente trabalho teve como objectivo efectuar uma análise do desempenho e dos efeitos do envelhecimento das pilhas modelo SRE (mais) 10SR4-A, que são constituídas por 8 células, com potência nominal de 10 W. Para tal, diferentes pilhas foram ensaiadas em situações de funcionamento real sob corrente constante, por diferentes períodos de tempo (808h, 1503h e 2126h) em condições de pressão e temperatura ambiente. O desempenho das pilhas foi estudado examinando as curvas de polarização. Após o período de testes, as MEA (Membrane Electrode Assembly) que apresentaram melhor e pior tensão individual foram retiradas de cada uma das pilhas para caracterização por Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Resumo em inglês This work is focused on the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack, model 10SR4-A from SRE - Soluções Racionais de Energia, SA. It is a stack composed of 8 cells, with nominal power of 10 W and its most remarking characteristic consist of an open-air cathode while hydrogen is supplied to the anode in a dead-end mode. In order to study the performance and aging effects on morphological features of the Membrane Electrode Assembly (MEA) stacks were assembled and (mais) tested in a real life functioning situation under ambient pressure and temperature. The stacks were operated under steady load for different lengths of time: 808h, 1503h and 2126h. Stacks performance was studied by examining the stacks polarization curves. After the lifetime tests, the MEA’s from the cells that presented better and worst individual voltage, for each stack, were taken for characterization by Scanning Electron Microscopy (SEM).

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Modelagem tridimensional de pilhas a combustível de óxido sólido/ Tridimensional modeling of solid oxide fuel cells

Andrade, Samuel Tadeu de Paula; Bortolus, Marcos Vinicius; Brant, Márcia Caldeira; Domingues, Rosana Zacarias; Matencio, Tulio
2008-09-01

Resumo em português A modelagem computacional contribui para o projeto, o dimensionamento e, também, para a avaliação do desempenho de pilhas a combustível de óxido sólido. No entanto, essa modelagem é complexa devido a grande quantidade de fenômenos físicos envolvidos. Além dos fenômenos físicos, as dimensões presentes dificultam a validação dos resultados. Neste trabalho, os canais de um interconector adjacente a um anodo foram modelados visando avaliar o escoamento nesse si (mais) stema. A validação dos procedimentos e das considerações foi feita de maneira indireta. O escoamento no interconector foi avaliado através das equações de Navier-Stokes e, no anodo, foi utilizada a Lei de Darcy. A técnica de volumes finitos foi empregada para a solução das equações. Foram utilizados valores típicos de permeabilidade, enquanto viscosidade e densidade foram determinadas numericamente, considerando a mistura de hidrogênio e água. Foi considerado regime permanente e isotropia em relação a todas as propriedades físicas determinadas a várias temperaturas. Foram analisadas as influências no escoamento da razão entre porosidade do anodo e viscosidade da mistura H2 e H2O; da densidade e; da temperatura. Um estudo de como a densidade da malha afeta os resultados também foi realizado. Foi possível notar que, quando a mistura hidrogênio/água penetra no meio poroso, o escoamento sofre uma redução de velocidade, em relação ao valor médio aplicado na entrada. Já a pressão, nessa situação, não apresenta redução significativa. Resumo em inglês The computational modeling contribute for design, dimensioning and also for performance evaluation of Solid Oxide Fuel Cells. Nevertheless, the modeling is complex due to of large quantity of physics phenomena involved. In addition of physics phenomena, the present dimensions raise difficulties to validate the results. In this work, the interconnect channels adjacent to an anode have modeled aiming evaluate the flowing in this system. The validation of procedures and cons (mais) iderations has done by indirect mode. The flowing at interconnect has been evaluate through the Navier-Stokes equations and at anode it has been used the Darcy's Law. The technique of finite volume has used to solving of equations. It has been used typical values of permeability, while viscosity and density have been numerically determined, considering a mixture of hydrogen and water. It has been considered steady state and isotropy in relation of all physical properties determined at different temperatures. It have been analyzed the influences at the flowing by ratio between the porosity of anode and viscosity of mixture H2O and H2O; density and temperature. A study of how the mesh affects the results also has been done. It has been possible the see that, when the mixtures of hydrogen/water enters at porous media, the flowing suffer a reduction of velocity in relation of medium value applied at entering. The pressure, in this situation, does not show significant reduction.

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