Statistical analysis of a proton exchange membrane fuel cell
DOI:
https://doi.org/10.47385/cadunifoa.v19.n54.4806Keywords:
fuel cell, cell efficiency, data distribution analysis, regression modelsAbstract
The growing concern about environmental impacts and the depletion of fossil fuel sources has fueled research into new forms of energy derived from renewable sources. In this context, where the primary focus is on mitigating environmental pressures, the use of fuel cell technology appears as a way. This technology, which works on hydrogen and oxygen gases to produce water and energy, stands out for its capacity to generate power without emitting pollutants during the process. This study delves into the operation of a polymer membrane fuel cell, conducting a statistical analysis of the influence of reactant pressures and operating temperature on reactant concentrations at the electrode-membrane interface, Nernst potential, and the polarization and power curves of the cell. To achieve this, a commercially available fuel cell model, known as the Ballard Mark IV, was employed, working within pressure intervals of 1 to 3 atm and temperatures ranging from 60 to 90°C. The concentrations of reactants and Nernst potential were seen to approximate a standardized normal distribution. Conversely, the cell output voltage, as well as the developed electrical power, showed deviation from normalized behavior in the concentration effects region. Regression models proved a high coefficient of determination, thereby conferring reliability to the mathematical formulation. Optimal operational conditions were found by considering the maximization of cell voltage, current density, power, and efficiency. In this study, the region of best cell efficiency was reached within pressure and temperature ranges of 2.5 to 3 atm and 78 to 90°C, respectively.
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