การทดสอบสมรรถนะของหน่วยเมมเบรนประกอบขั้วไฟฟ้า โดยใช้อิมพีแดนซ์สเปกโทรสโกปีเชิงเคมีไฟฟ้า

Abstract

เซลล์เชื้อเพลิงชนิดเมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMFC) เป็นกระบวนการผลิตพลังงานที่สะอาด ซึ่งคาดว่าจะนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ผลิตพลังงานไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็กและในยานพาหนะ เพราะว่าเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีประสิทธิภาพสูง ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำและสามารถเริ่มเดินเครื่องได้เร็ว เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีโครงสร้างที่ซับซ้อน ดังนั้นการทำความเข้าใจถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในเซลล์เชื้อเพลิงจึงมีความสำคัญ ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่างๆ ที่ส่งผลต่อสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน โดยใช้เทคนิคอิมพีแดนซ์สเปกโทรสโกปีเชิงเคมีไฟฟ้า (EIS) ความถี่ที่ใช้ในการทดลองอยู่ในช่วง 50 มลลิเฮิรตซ์ ถึง 10 กิโลเฮิรตซ์ เพื่อที่จะระบุผลของตัวแปรต่างๆ ที่มีต่อเซลล์เชื้อเพลิง ได้แก่ ศักย์ไฟฟ้า (0.55-0.8 โวลต์) อัตราการไหลของแกสเชื้อเพลิง (80-200 sccm) และอุณหภูมิของเซลล์ (39-70 องศาเซลเซียส) จึงออกแบบการทดลองเป็นแบบ 2k แฟกทอเรียล ทดลองที่ภาวะการณ์ให้ความชื้นอิ่มตัวและ 60% ที่ฝั้งแอโนดและแคโทดตามลำดับ ผลจากการทดลองพบว่า อุณหภูมิศักย์ไฟฟ้าและอัตรกิริยาของอุณหภูมิเซลล์ กับอัตราการไหลของแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจน ส่งผลต่อสมรรถนะของเซลล์เชื้อเพลิงอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนั้นอัตราการไหลของแก๊สออกซิเจนยังส่งผลต่อ ค่าความต้านทานโอห์มมิกและความต้านทานเนื่องจากการถ่ายโอนประจุ ในงานวิจัยนี้ได้หาสมการที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ของตัวแปรที่กล่าวมาข้างต้น กับความต้านทานชนิดต่างๆ และภาวะการทำงานที่ดีที่สุดของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้