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Two-dimensional parametric investigation of zinc-air fuel cell with flowing electrolyte by numerical method
Electrochimica Acta ( IF 5.5 ) Pub Date : 2024-12-19 , DOI: 10.1016/j.electacta.2024.145548 Minh-Khoa Nguyen, K. David Huang
Electrochimica Acta ( IF 5.5 ) Pub Date : 2024-12-19 , DOI: 10.1016/j.electacta.2024.145548 Minh-Khoa Nguyen, K. David Huang
Parametric investigation ensures the optimal design and commercialization of high-quality products. This study employs numerical approach to evaluate the performance of a zinc-air fuel cell, focusing on the influence of design and operational parameters. A transient two-dimensional (2D) mathematical model, incorporating the effect of flowing potassium hydroxide (KOH) electrolyte is developed and verified against experimental data, which has not been widely reported. The study examines four key parameters including anode size, electrolyte inlet velocity, concentration of hydroxide ions (OH-) and zincate ions (Zn(OH)42-), which significantly impact the current density distribution, temperature variation, zinc oxide (ZnO) formation and potential gradient within the cell. Unlike earlier studies focusing on 0D and 1D models, this 2D model integrates fluid motion dynamics of the flowing electrolyte and is considered non-isothermal, providing a closer approximation to practical applications. With detailed spatial consideration, the proposed model is able to predict the complex phenomena inside the cell more accurately and reliably. The outcome of this work further facilitates the development, optimization and commercialization of this potential zinc-air fuel cell product.
中文翻译:
采用数值方法对流动电解液的锌空气燃料电池进行二维参数研究
参数研究确保高质量产品的最佳设计和商业化。本研究采用数值方法来评估锌空气燃料电池的性能,重点关注设计和运行参数的影响。开发了一种瞬态二维 (2D) 数学模型,该模型结合了流动氢氧化钾 (KOH) 电解质的影响,并根据尚未广泛报道的实验数据进行了验证。该研究检查了四个关键参数,包括阳极尺寸、电解液入口速度、氢氧根离子 (OH-) 和锌酸根离子 (Zn(OH)42-) 的浓度,这些参数显着影响电流密度分布、温度变化、氧化锌 (ZnO) 的形成和电池内的电位梯度。与早期专注于 0D 和 1D 模型的研究不同,该 2D 模型集成了流动电解质的流体运动动力学,并且被认为是非等温的,更接近实际应用。通过详细的空间考虑,所提出的模型能够更准确、更可靠地预测细胞内部的复杂现象。这项工作的成果进一步促进了这种潜在的锌空气燃料电池产品的开发、优化和商业化。
更新日期:2024-12-19
中文翻译:
采用数值方法对流动电解液的锌空气燃料电池进行二维参数研究
参数研究确保高质量产品的最佳设计和商业化。本研究采用数值方法来评估锌空气燃料电池的性能,重点关注设计和运行参数的影响。开发了一种瞬态二维 (2D) 数学模型,该模型结合了流动氢氧化钾 (KOH) 电解质的影响,并根据尚未广泛报道的实验数据进行了验证。该研究检查了四个关键参数,包括阳极尺寸、电解液入口速度、氢氧根离子 (OH-) 和锌酸根离子 (Zn(OH)42-) 的浓度,这些参数显着影响电流密度分布、温度变化、氧化锌 (ZnO) 的形成和电池内的电位梯度。与早期专注于 0D 和 1D 模型的研究不同,该 2D 模型集成了流动电解质的流体运动动力学,并且被认为是非等温的,更接近实际应用。通过详细的空间考虑,所提出的模型能够更准确、更可靠地预测细胞内部的复杂现象。这项工作的成果进一步促进了这种潜在的锌空气燃料电池产品的开发、优化和商业化。