ईंधन सेल वाहन (एफसीवी) आमतौर पर पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (पीईएमएफसी) द्वारा संचालित होते हैं, जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं और कैथोड में पानी का उत्पादन करते हैं।

पीईएमएफसी में, पानी और प्रतिक्रिया गैस दोनों को गैस प्रसार मीडिया (जीडीएम) के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता हैझरझरा मीडियाएक सूक्ष्म-छिद्र परत (एमपीएल) और एक गैस प्रसार परत (जीडीएल) से बना है।जब जीडीएम में पानी जमा हो जाता है, तो पीईएमएफसी में बड़े पैमाने पर स्थानांतरण अवरुद्ध हो जाएगा, जिससे बाढ़ आ जाएगी।इसके परिणामस्वरूप, PEMFC के आउटपुट प्रदर्शन और सेवा जीवन में कमी आती है।

एक अध्ययन मेंप्रकाशित मौलिक अनुसंधानचीन के शोधकर्ताओं के एक समूह ने जीडीएम डिज़ाइन-जीडीएम हाइड्रोफोबिसिटी ग्रेडिएंट की रूपरेखा तैयार की।विशेष रूप से, हाइड्रोफोबिसिटी ग्रेडिएंट को तेज करके बाढ़ के खतरे को कम करता हैजल परिवहनजीडीएम में और प्रतिक्रिया गैस परिवहन में सुधार।

"किसी सामग्री की अस्थिरता को इस प्रकार प्रदर्शित किया जाता हैसंपर्क कोण, जो एक तरल इंटरफ़ेस का कोण है जो एक ठोस सतह से मिलता है, "अध्ययन के प्रमुख लेखक, हुनान विश्वविद्यालय के मैकेनिकल और वाहन इंजीनियरिंग कॉलेज में न्यू एनर्जी पावर सिस्टम डिज़ाइन में एसोसिएट प्रोफेसर, क़िनवेन यांग बताते हैं।

"एक उच्च संपर्क कोण हाइड्रोफोबिसिटी (जल-विकर्षक) को इंगित करता है, जबकि एक कम संपर्क कोण हाइड्रोफिलिसिटी (पानी को आकर्षित करने) को इंगित करता है। विभिन्न संपर्क कोण हाइड्रोफोबिसिटी ग्रेडिएंट बनाते हैं और जीडीएम में बड़े पैमाने पर स्थानांतरण क्षमता में सुधार के लिए पानी के व्यवहार को बदलते हैं।"

विशेष रूप से, विभिन्न हाइड्रोफोबिसिटी बनाने के लिए जीडीएम के उपचार के लिए पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन (पीटीएफई) का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।हालाँकि, PTFE उपचार से GDM सरंध्रता कम हो जाती है और PEMFC का प्रदर्शन ख़राब हो जाता है।

उस अंत तक, सिमुलेशन और अनुकूलन चरण में, टीम संयुक्त हो गईप्रायोगिक डेटाऔर पीटीएफई सामग्री, हाइड्रोफोबिसिटी और सरंध्रता के बीच युग्मन संबंध की जांच के लिए अनुभवजन्य समीकरण।इसके बाद शोधकर्ताओं ने हाइड्रोफोबिसिटी ग्रेडिएंट के प्रभाव का अध्ययन कियादूरी बदलनाप्रक्रिया।

"हमने पाया कि एमपीएल की हाइड्रोफोबिसिटी जीडीएल से अधिक है, जो जीडीएम में पानी के हस्तांतरण को तेज करती है और एमपीएल और जीडीएल के इंटरफेस पर जमा पानी को कम करती है," क्विनवेन यांग साझा करते हैं।"यह जीडीएम की ऑक्सीजन परिवहन क्षमता को बढ़ाता है।"

जीडीएम हाइड्रोफोबिसिटी ग्रेडिएंट डिज़ाइन जल प्रबंधन के लिए एक नई रणनीति प्रदान करता है।

"अलग-अलग जीडीएम डिजाइन करनाहाइड्रोफोबिसिटीएफसीवी की परिचालन स्थितियों के अनुसार ग्रेडिएंट्स पीईएमएफसी के आउटपुट प्रदर्शन और सेवा जीवन को और बेहतर बना सकते हैं," किनवेन यांग कहते हैं। "यह एफसीवी के व्यावसायीकरण को भी बढ़ावा दे सकता है।"

आगे बढ़ते हुए, टीम का इरादा पीईएमएफसी प्रणालियों के लिए जल प्रबंधन में सुधार के लिए प्रासंगिक अनुसंधान करने का है।

अधिक जानकारी:क़िनवेन यांग एट अल, वाहनों में इसके अनुप्रयोग के लिए ईंधन सेल गैस प्रसार मीडिया का हाइड्रोफोबिसिटी ग्रेडिएंट अनुकूलन,मौलिक अनुसंधान(2024)।डीओआई: 10.1016/j.fmre.2024.01.007

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