Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
การใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อวิเคราะห์การ สูญเสียศักย์ไฟฟ้าจากความเข้มข้นของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์แข็ง
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Application of mathematical model for analysis of concentration overpotential loss of solid oxide fuel cell
Year (A.D.)
2011
Document Type
Thesis
First Advisor
วรัญ แต้ไพสิฐพงษ์
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมเคมี
DOI
10.58837/CHULA.THE.2011.1446
Abstract
งานวิจัยนี้มุ่งใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการถ่ายเทมวลสาร (mass transfer) และความยาวของสภาวะขอบสามเฟส (triple-phase-boundary length) เพื่อทำนายคุณสมบัติโครงสร้างภายในขั้วแอโนดที่เหมาะสม ที่มีผลถึงประสิทธิภาพขั้วแอโนดของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์แข็ง (solid oxide fuel cell) ซึ่งเชื่อมโยงความสัมพันธ์ระหว่างความยาวของสภาวะขอบสามเฟสกับค่าการสูญเสียศักย์ไฟฟ้าจากความเข้มข้น (concentration overpotential)โดยใช้สมการการแพร่ของฟิค (Fick diffusion equation) และสมการสเตฟาน- แม็คเวลล์(Stefan-Maxwell"equation) เป็นเครื่องมือในการอธิบายปริมาณสัดส่วนเชิงโมล ของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน (H2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ภายในขั้วแอโนด ที่อุณหภูมิ 750 องศาเซลเซียส ความดัน 1 บรรยากาศ และใช้สมการเชิงเรขาคณิตทำการวิเคราะห์ถึงความ-ยาวและรอยต่อของสภาวะขอบสามเฟสภายในขั้วแอโนด โดยเลือกคำนวณที่ขนาดอนุภาคภายในขั้วแอโนดตั้งแต่ 0.25 ถึง 6.0 ไมโครเมตร และค่าสัดส่วนความพรุนตั้งแต่ร้อยละ 10 ถึง 90 พบว่าขนาดอนุภาคภายในขั้วแอโนดและค่าสัดส่วนความพรุนมีผลต่อค่าการสูญเสียศักย์ไฟฟ้าจากความเข้มข้นของเซลล์เชื้อเพลิงและความยาวของสภาวะของสามเฟสต่อหน่วยปริมาตร (volume specific triple-phase-boundary length) ผลการคำนวณแสดงให้เห็นว่าขั้วแอโนดจะมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ค่าสัดส่วนความพรุนอยู่ในช่วงร้อยละ 50 ถึง 60 ที่ขนาดอนุภาคภายในขั้วแอโนด 1.0 ถึง 2.0 ไมโครเมตร ดังนั้นการกำหนดลักษณะโครงสร้างที่เหมาะสมของขั้วแอโนดสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์แข็งให้มีประสิทธิสูงสุด สามารถทำได้ด้วยการควบคุมค่าสัดส่วนความพรุน ขนาดของอนุภาคภายในขั้วแอโนด และขนาดของรัศมีรูพรุนเฉลี่ยของระบบ
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
The research primarily used mathematical simulation of mass transfer and triple-phase-boundary length to predict the appropriate anode structure that affected the anode performance of solid oxide fuel cell, which connects the relationship of the triple-phase-boundary length and the concentration ovepotential. The Fick diffusion equation and Stefan-Maxwell equation were used as tools to explain the mole fraction of hydrogen (H2) fuel and carbon monoxide (CO) fuel within the anode support at 750 oC and 1 atm, whereas the geometrical equation analysis of the anode structure was used to analysis the triple-phase-boundary length. The grain size of the anode support ranging from 0.25 to 6.0 micrometers and the porosity from 10 to 90 percent were selected for simulation in this research. It was found that the grain size of anode support and porosity affected the concentration overpotential and volume specific triple-phase-boundary length. The results showed that the most effective performance of anode support occurred at the porosity range of 50 to 60 percent and at anode support grain size 1.0 to 2.0 micrometer. So, the appropriate structure for the anode of solid oxide fuel cell with maximum efficiency can be achieved by controlling porosity, grain size and pore size.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
จันสถิรพานิช, ชาญวิทย์, "การใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อวิเคราะห์การ สูญเสียศักย์ไฟฟ้าจากความเข้มข้นของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์แข็ง" (2011). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 68529.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/68529