Your SlideShare is downloading. ×
Diploma Project - Report
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Diploma Project - Report

10,022
views

Published on

Published in: Technology, Business

0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
10,022
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
101
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1.   T. R.  EGE UNIVERSITY  FACULTY OF ENGINEERING    DEPARTMENT OF CHEMICAL ENGINEERING          DIPLOMA PROJECT     PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL (PEMFC) MODELING AND SIMULATION  USING COMSOL MULTIPHYSICS  Prepared by 01‐4340 Ercüment SÖNMEZ  02‐5079 Coşkun TOPRAK    Supervisor Prof. Dr. Mustafa DEMİRCİOĞLU        Bornova, İZMİR June, 2008 
  • 2.   TABLE of CONTENTS    List of Tables                           i  Abstract                          ii  Acknowledgement                        ii  1‐  INTRODUCTION TO FUEL CELL ____________________________________________________ 3  2‐  WHAT IS A FUEL CELL?  __________________________________________________________ 4  3‐  HISTORY OF FUEL CELL __________________________________________________________ 7  4‐  TYPES OF FUEL CELL ____________________________________________________________ 8  5‐  FUEL CELL APPLICATIONS _______________________________________________________ 17  6‐  ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF FUEL CELL __________________________________ 19  7‐  PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS (PEMFC)  _______________________________ 20  8‐  MODELING OF PEMFC  _________________________________________________________ 22    1  9‐  INTRODUCTION TO COMSOL MULTIPHYSICS  _______________________________________ 28  10‐  COMSOL MULTIPHYSICS TAKEN MODULES (PEM FC MODELING)  _______________________ 42  11‐  COMSOL GRAPHICAL RESULTS ___________________________________________________ 43  12‐  NUMERICAL PROCEDURE _______________________________________________________ 50  13‐  MODELING PEM FC USING COMSOL MULTIPHYSICS STEP BY STEP  ______________________ 51  14‐  DISCUSSION AND RECOMMENDATIONS ___________________________________________ 61  15‐  NOMENCLATURE  _____________________________________________________________ 62  16‐  R E F E R E N C E S _____________________________________________________________ 64  PEM FC Modeling and Simulation Using Comsol Multiphysics 
  • 3.   LIST of TABLES    TABLE 4‐1 REACTIONS ON ELECTRODES  8  TABLE 4‐2 REACTIONS ON (PAFC) ELECTRODES  10  TABLE 4‐3 REACTIONS ON (MCFC) ELECTRODES  12  TABLE 4‐4 REACTIONS ON (SOFC) ELECTRODES  13  TABLE 4‐5 REACTIONS ON (DMFC) ELECTORDES  14  TABLE 4‐6 REACTIONS ON (ZAFC) ELECTRODES  16  TABLE 7‐2 REACTIONS ON (PEMFC) ELECTRODES  20  TABLE 9‐1  SUPPORTED FILE FORMATS BY COMSOL PRODUCTS  34  TABLE 10‐1 COMSOL MODULES USED IN THE PROJECT  42  TABLE 13‐1 GEOMETRY MODELING  51  TABLE 13‐2 CONSTANTS  52  1  i TABLE 13‐3 SCALAR EXPRESSIONS  53  TABLE 13‐4 SUBDOMAIN EXPRESSIONS  54  TABLE 13‐5 BOUNDARY EXPRESSIONS  54  TABLE 13‐6 BOUNDARY CONDITIONS ELECTRODES  55  TABLE 13‐7 BOUNDARY CONDITIONS MEMBRANE  55  TABLE 13‐8 SUBDOMAIN SETTINGS DARCY  56  TABLE 13‐9 BOUNDARY CONDITIONS DARCY  56  TABLE 13‐10 SUBDOMAIN SETTINGS MSA  57  TABLE 13‐11 BOUNDARY SETTINGS MSA  57  TABLE 13‐12 SUBDOMAIN SETTINGS MSC  58  TABLE 13‐13 BOUNDARY SETTINGS MSC  58    PEM FC Modeling and Simulation Using Comsol Multiphysics 
  • 4.   Abstract    Fuel  cell  power  generation  systems  provide  a  clean  alternative  to  the  conventional  fossil  fuel  based  systems.  Fuel  cell  systems  have  a high  efficiency  and  use  easily  available  hydrocarbons like methane. Moreover, since the by‐product is water, they have a very low  environmental impact. The fuel cell system consists of several subsystems requiring a lot of  effort from engineers in diverse areas.   This thesis proposes a two‐dimensional, non‐isothermal, single‐phase flow model of a  porous cathode‐anode gas diffusion layer of a polymer electrolyte‐ membrane fuel cell is to  be  presented  and  solved  numerically  using  computational  fluid  dynamics  coding  and  sequentially solver scripting with the help of COMSOL Multiphysics. The model accounts for  single‐component  species  diffusion.  Phase  change  and  transport  of  water  are  not  accounted  for  in  terms  of  liquid  phase  water  saturation  level  due  to  not  including  heat  balances in this project.  COMSOL  provides  an  inexpensive  and  accurate  representation  of  a  PEM  FC  under  steady state and transient conditions   The effect of changing physical parameters and operating conditions is explored. It is  2  found that the main parameter “humidity level” in the inlet hydrogen gas has a major effect  ii on the electrical potential and total current density over the surface of electrodes.     ACKNOWLEDGEMENT    We are very grateful to our advisor and mentor Prof.Dr. Mustafa DEMİRCİOĞLU, who  patiently guided us during our research work and provided invaluable technical inputs.  PEM FC Modeling and Simulation Using Comsol Multiphysics