Tadqiqot har bir hujayra uchun 280 cm² faol maydonga ega 400 hujayrali PEMFC stekini MATLAB-Simscape muhitida modellashtirib, 40, 50, 60 va 70 °C kirish haroratlarining bir xil dinamik yuk sikli ostidagi taʼsirini o‘rganadi. Modelda vodorod taʼminot bosimi 70 MPa darajasida doimiy ushlab turilgan. Harorat oshgani sari, ayniqsa yuqori tok zichligida qutblanish xatti-harakati va quvvat barqarorligi yaxshilangan; 70 °C yuqori tokka eng kuchli chidamlilikni bergan. Biroq termik yuk ham oshgan va stekning eng yuqori harorati 40 °C kirish holatidagi 353 K dan 70 °C holatida 364 K gacha ko‘tarilgan. Mualliflar 60–70 °C oralig‘ini eng foydali ish oynasi deb baholar ekan, 60 °C ni unumdorlik bilan termik/gidratatsiya zaxirasi o‘rtasidagi ehtiyotkor muvozanat nuqtasi sifatida tavsiya qiladi. Bu natijalar aynan shu stek va shu dinamik yuk profili bilan eksperimental tasdiqlanmaganligi sababli, miqdoriy loyihalash yoki boshqaruv tizimini sertifikatlash dalili emas.

Dinamik yuk vaqtida tok zichligi taxminan 0,95 A cm⁻² gacha, issiqlik ishlab chiqarish taxminan 37–40 kW gacha, mahsulot suvi hosil bo‘lishi taxminan 10 g s⁻¹ gacha va vodorod sarfi taxminan 1,1 g s⁻¹ gacha yetgani xabar qilinadi. To‘rtta harorat sharoitining barchasi vaqt o‘tishi bilan taxminan 353 K, yaʼni 80 °C atrofidagi yarim barqaror stek haroratiga yaqinlashgan.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

PEMFC unumdorligini faqat eng yuqori elektr quvvati bilan baholash yetarli emas. Harorat elektrod reaksiyasi kinetikasi, proton transporti, membrana gidratatsiyasi, gaz transporti, mahsulot suvini chiqarish va material degradatsiyasiga bir vaqtning o‘zida taʼsir qiladi. Past haroratlarda reaksiya kinetikasi sekinlashishi va suv to‘planishi elektrodlarda suv bosishiga olib kelishi mumkin; yuqori haroratlarda esa yaxshiroq kinetik xatti-harakat membrananing qurishi, omik qarshilikning ortishi va materiallarning tezroq eskirishi bilan muvozanatlanishi mumkin.

Shu sababli tadqiqot savoli “eng yuqori quvvatni qaysi harorat beradi?” degan tor doirada qo‘yilmagan. Mualliflar quvvat javobini, harorat cho‘qqisini, suv ishlab chiqarishni va vodoroddan foydalanishni birgalikda baholab, modellashtirilgan 400 hujayrali tizim uchun qaysi kirish harorati oralig‘i amaliyroq ekanini o‘rganadi.

Nega dinamik yuk ishlatilgan?

PEMFC tizimlari avtomobil, ko‘chma quvvat yoki elektr tarmog‘ini qo‘llab-quvvatlash ilovalarida doimiy tok bilan ishlashi kutilmaydi. Yuk oshib-kamayganda tok zichligi, stek kuchlanishi, issiqlik ishlab chiqarish, vodorod sarfi va suv hosil bo‘lishi ham vaqtinchalik o‘zgaradi. Bu dinamik xatti-harakat ayniqsa sovitish tizimi, namlagich, vodorod taʼminoti tizimi va boshqaruv strategiyasi dizayniga taʼsir qiladi.

Shu sababli to‘rtta harorat holatiga turli yuklar qo‘llanmagan; harorat taʼsirini imkon qadar ajratib ko‘rsatish uchun barcha holatlarda bir xil dinamik yuk profili, bir xil simulyatsiya davomiyligi, bir xil boshlang‘ich shartlar va bir xil yordamchi tizim sozlamalari saqlangan.

MATLAB-Simscape modeli qaysi komponentlarni o‘z ichiga oladi?

1-rasmdagi tizim arxitekturasi faqat PEMFC elektroximik blokidan iborat emas. Modelda vodorod manbai, kislorod manbai, anod va katod gaz kanallari, anod va katod namlagichlari, chiqarish quyi tizimlari, resirkulyatsiya yo‘li, sovitish tizimi, membrana-elektrod majmuasi (MEA), termik massa, o‘lchash portlari va elektr yuki birgalikda ko‘rsatilgan.

Bu yondashuv tadqiqot faqat hujayra kuchlanishiga emas, balki balance-of-plant deb ataladigan yordamchi tizim ehtiyojlariga ham eʼtibor qaratishini ko‘rsatadi. Ayniqsa sovitish, namlash va vodorod taʼminoti natijalarni talqin qilishning bevosita qismidir.

40 va 50 °C nega tadqiqotga kiritilgan?

Maqola anʼanaviy past haroratli PEMFC steklari taxminan 60–80 °C oralig‘ida ishlatilishini taʼkidlaydi. Shunga qaramay 40 va 50 °C sharoitlari “yaxshiroq” ish nuqtalari sifatida emas, balki sovuq va optimumdan past ishlashning jarimasini ko‘rsatadigan diagnostik chegara sharoitlari sifatida saqlangan. Shu tariqa stek odatiy termik diapazonga yetmasdan oldin kinetik va suv boshqaruvi cheklovlarining taʼsirini solishtirish mumkin.

Model qanday tekshirilgan?

Tadqiqot eksperimental validatsiya o‘rniga uch bosqichli fizik izchillik tekshiruvini qo‘llaydi.

1. Qutblanish egri chizig‘i aktivatsion, omik va massa transporti yo‘qotishlariga mos kutilgan xatti-harakat ketma-ketligini ko‘rsatishi tekshirilgan.
2. Dinamik yuk oshganda tok talabi ko‘tarilishi bilan kuchlanishning pasayishi, issiqlik ishlab chiqarish, vodorod sarfi va mahsulot suvi hosil bo‘lishining ortishi kabi o‘zgaruvchilar o‘rtasidagi fizik bog‘lanish tekshirilgan.
3. Harorat oshishi bilan reaksiya kinetikasi va yuqori tokda kuchlanishni ushlab turish yaxshilanishi kabi umumiy tendensiyalar adabiyotda xabar qilingan PEMFC xatti-harakatlari bilan sifat jihatidan taqqoslangan.

Bu tekshiruvlar model natijalarining fizik jihatdan mantiqli yoki yo‘qligini baholaydi; biroq aynan shu 400 hujayrali stek va shu dinamik yuk profilining eksperimental maʼlumotlari bilan raqamli xato darajasida moslashtirish bajarilmagani uchun tadqiqot miqdoriy eksperimental validatsiya bermaydi.

Qutblanish egri chiziqlari nimani ko‘rsatadi?

2-rasmda hujayra kuchlanishi tok zichligi oshgani sari barcha haroratlarda pasayadi. Manba bu xatti-harakatni past tok zichligida aktivatsion yo‘qotishlar, o‘rta hududda omik yo‘qotishlar va yuqori tok zichligida massa transporti cheklovlari bilan bog‘laydi.

40 °C holati yuqori tok mintaqasida eng zaif xatti-harakatni bergan. Harorat 50, 60 va 70 °C gacha oshirilganda kuchlanishni ushlab turish yaxshilangan. Manbada 70 °C egri chizig‘i eng keng yuqori-tok chidamliligi va eng kuchli quvvat zichligi xatti-harakatiga ega deb talqin qilingan. Biroq mualliflar buni “70 °C mutlaq optimum” deb talqin qilmaydi, chunki harorat oshgani sari termik stress va gidratatsiya xavfi muhimlashadi.

Stek harorati qanday o‘zgargan?

To‘rtta holatda ham stek dastlabki o‘tish rejimidan keyin taxminan 300–500 soniya ichida 353 K atrofidagi yarim barqaror haroratga yaqinlashgan. Mualliflar buni sovitish tizimi va stekning termik massasi tizimni o‘xshash nominal ish haroratiga yo‘naltirishi bilan izohlaydi.

Ammo qisqa muddatli eng yuqori haroratlar bir xil emas:

40 va 70 °C holatlari o‘rtasidagi eng yuqori harorat farqi 11 K. Maqola 364 K qiymatini taqsimlangan hujayra haroratining haqiqiy mahalliy maksimumi sifatida talqin qilmaslik kerakligini alohida taʼkidlaydi. Model stek haroratini lumped, yaʼni jamlangan tizim o‘zgaruvchisi sifatida ko‘rgani sababli mahalliy issiq nuqtalarni, hujayralararo harorat farqlarini, membrana qurish frontini yoki mintaqaviy suv to‘planishini yechmaydi.

Verianla Live: Vizualizatsiya ushbu maqoladagi ko‘rinadigan ilmiy maʼlumotlar jadvalidan brauzerda yaratiladi. Jadval ilmiy source-of-truth sifatida saqlanadi.

Tok zichligi va kuchlanish barqarorligi

Barcha harorat holatlarida dinamik tok zichligining eng yuqori qiymati taxminan 0,95 A cm⁻² deb xabar qilingan. Eng yuqori qiymatlarning bir-biriga yaqinligi bir lahzalik tok talabi kirish haroratidan ko‘ra qo‘llanilgan umumiy dinamik yuk profili bilan ko‘proq belgilanayotganini ko‘rsatadi.

Biroq yuqori haroratlarda kuchlanish xatti-harakati biroz barqarorroq. Manba buni aktivatsion va omik yo‘qotishlarning kamayishi bilan bog‘laydi. Shunday qilib, harorat nafaqat energiya ishlab chiqarishga, balki yuk o‘tishlaridagi kuchlanish pasayishini boshqarishga ham taʼsir qiladigan boshqaruv o‘zgaruvchisiga aylanadi.

Issiqlik ishlab chiqarish va sovitish ehtiyoji

Dinamik yuk vaqtida issiqlik ishlab chiqarish ham tok va kuchlanish bilan birga o‘zgargan. Manba barcha harorat sharoitlarida eng yuqori issiqlik ishlab chiqarishni taxminan 37–40 kW oralig‘ida beradi. Bu topilma sovitish tizimi o‘rtacha termik yuk bo‘yicha emas, qisqa muddatli eng yuqori issiqlikni chiqarish ehtiyoji bo‘yicha baholanishi kerak degan asosiy dalildir.

70 °C kirish holati elektr unumdorligi jihatidan eng kuchli bo‘lsa-da, 364 K eng yuqori harorat sabab membrana gidratatsiyasi va termik chidamlilik nuqtai nazaridan torroq xavfsizlik zaxirasini beradi.

Mahsulot suvi nega muhim?

PEMFCda suv hosil bo‘lishi elektroximik reaksiya tezligining tabiiy natijasidir; biroq suvni boshqarish ikki tomonlama muammo. Ortiqcha suv elektrod hududlarida to‘planib, kislorod yetib borishini kamaytirishi mumkin, suv yetishmasligi esa membrananing qurishi va proton transport qarshiligining oshishiga olib kelishi mumkin.

Simulyatsiyada mahsulot suvi hosil bo‘lishi yuk profilini kuzatib, yuqori tok davrlarida taxminan 10 g s⁻¹ gacha yetgan; past yuk davrlarida taxminan 0–4 g s⁻¹ oralig‘iga yaqinlashgan. Tadqiqotning muhandislik talqini namlash va suvni chiqarish doimiy yordamchi funksiya emas, yuk bilan birga dinamik boshqarilishi kerak bo‘lgan tizim ekanidir.

Vodorod sarfi qancha?

Manba nominal ishlash vaqtida o‘rtacha sarf taxminan 0,4 g s⁻¹ gacha chiqishini, eng yuqori talab esa taxminan 1,1 g s⁻¹ gacha yetishini xabar qiladi. Bu natija vodorod taʼminoti liniyasini faqat o‘rtacha sarfga qarab o‘lchamlash o‘tkinchi yuqori talabda bosim pasayishini keltirib chiqarishi mumkin degan talqin bilan bog‘langan.

Shu sababli haroratni optimallashtirish vodorod oqimidan alohida ko‘rilmasligi kerak; mualliflar boshqaruv tizimi harorat, reaktant taʼminoti va suv boshqaruvini birgalikda muvofiqlashtirishi lozim deb hisoblaydi.

60 °Cmi yoki 70 °Cmi?

Tadqiqot bitta “optimal harorat”ni eʼlon qilish o‘rniga 60–70 °C ish oynasini tavsiya etadi. 70 °C yuqori tok va quvvat javobini eng ko‘p qo‘llab-quvvatlaydigan holatdir. Biroq 70 °C ayni paytda 364 K bilan eng yuqori o‘tkinchi stek haroratini hosil qiladi. 60 °C esa 40 va 50 °C ga nisbatan yuqori tok unumdorligini ancha yaxshilab, eng yuqori haroratni 357 K da ushlab turadi.

Shu sababli mualliflarning muhandislik qarori quyidagicha: agar yuqori o‘tkinchi quvvat ustuvor bo‘lsa va kuchli sovitish/namlash imkoniyati mavjud bo‘lsa, 70 °C jozibador ish nuqtasidir; agar chidamlilik va boshqaruv zaxirasi ustuvor bo‘lsa, 60 °C ehtiyotkorroq tanlovdir.

Manba grafiklaridagi muhim yorliqlash muammolari

Manbaning miqdoriy natijalarini talqin qilishda nashr ichidagi muhim nomuvofiqlik mavjud. 3-rasm izohi harorat javobini bildirsa-da, ko‘rinadigan grafiklarda “Cell 1–4” va “Efficiency (%)” yorliqlari bor. 6 va 7-rasmlarda esa mos ravishda suv ishlab chiqarish va vodorod sarfi tushuntirilgan bo‘lsa-da, vertikal o‘q “Power (W)” deb ko‘rsatilgan. Shu sababli Verianla bayonida bu grafiklardan yangi miqdoriy qiymatlar o‘qilmagan, matn va Jadval 2 asos qilib olingan.

Turkiya nuqtai nazaridan mumkin bo‘lgan ahamiyati

Tadqiqot Malayziyada ishlab chiqilgan MATLAB-Simscape modeliga asoslanadi va Turkiyadagi aniq yonilg‘i hujayrasi steki yoki vodorod infratuzilmasida tekshirilmagan. Shunga qaramay, metod Turkiyada yonilg‘i hujayrasi tizimlari, vodorodli mobilitet, taqsimlangan energiya yoki universitet darajasidagi boshqaruv va energiya tizimlari tadqiqotlarida harorat–quvvat–suv–vodorod o‘zaro taʼsirini tizim darajasida o‘rganish uchun o‘quvchan modellashtirish doirasini taklif qilishi mumkin. Amaliy qo‘llash uchun esa muayyan fizik stekning qutblanish maʼlumotlari, EIS o‘lchovlari, harorat taqsimoti, vodorod oqimi va suv balansi bilan mahalliy eksperimental validatsiya zarur.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

• Model ichida kirish haroratining 40 dan 70 °C gacha oshishi yuqori tokdagi qutblanish javobini yaxshilaydi.
• 60–70 °C oralig‘i modellashtirilgan tizim uchun eng foydali unumdorlik/termik muvozanat diapazonidir.
• 70 °C eng kuchli yuqori-tok va quvvat javobini beradi.
• 60 °C kengroq termik va gidratatsiya zaxirasini taqdim etadigan ehtiyotkor ish nuqtasidir.
• Dinamik sovitish, namlash va vodorod taʼminoti quvvati eng yuqori yuklarni hisobga olib loyihalanishi kerak.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Aynan shu 400 hujayrali fizik PEMFC stekida eksperimental tasdiqlangan mutlaq unumdorlik qiymatlarini.
• 364 K har bir hujayradagi haqiqiy mahalliy maksimal harorat ekanini.
• Uzoq muddatli katalizator qarishini yoki membrananing kimyoviy degradatsiyasini.
• Hujayradan hujayraga taqsimotni va mahalliy issiq nuqtalarni.
• Ishlab chiqarish tolerantligi, sensor noaniqligi va mexanik kuchlanish taʼsirlarini.
• 60 yoki 70 °C barcha PEMFC tizimlari uchun universal optimum ekanini.
• Boshqaruv tizimini sertifikatlash yoki mutlaq komponent o‘lchamlash uchun yetarli eksperimental validatsiyani.

Tadqiqotning usuli va natijalari

Nazorat qilingan to‘rtta harorat tajribasi

Jurnal versiyasining avvalgi tezis modelidan asosiy farqi yangi elektroximik tenglamalar to‘plamini taʼriflash emas. Mualliflar mavjud stek arxitekturasini yanada yo‘naltirilgan dinamik harorat skaniga aylantirganlarini ochiq aytadilar. To‘rtta harorat sharoiti bir xil dinamik kirishlar ostida taqqoslangan, elektroximik va yordamchi tizim chiqishlari yagona qaror doirasida birlashtirilgan.

Qayd etilgan o‘zgaruvchilar

• Stek/hujayra kuchlanishi
• Tok zichligi
• Elektr quvvati
• Stek harorati
• Ishlab chiqarilgan yoki chiqarilgan issiqlik
• Mahsulot suvi hosil bo‘lishi
• Vodorod sarfi

Qutblanish va quvvat zichligi egri chiziqlari elektroximik javobni; vaqt sohasidagi chiqishlar esa o‘tkinchi barqarorlik, sovitish yuki, suv boshqaruvi va reaktant taʼminoti ehtiyojini baholash uchun ishlatilgan.

Modelning metodologik cheklovlari

Model jamlangan stek harorati va oldindan belgilangan komponent parametrlaridan foydalanadi. Mahalliy issiq nuqtalar, hujayradan hujayraga harorat farqlari, membrana qurish frontlari va fazoviy suv to‘planishi yechilmaydi. Uzoq muddatli katalizator qarishi, membrananing kimyoviy degradatsiyasi, mexanik kuchlanish, ishlab chiqarish o‘zgaruvchanligi, sensor noaniqligi va hujayralararo oqim taqsimoti ham ochiq modellashtirilmagan.

Vodorod bosimi va yordamchi tizim parametrlari muayyan fizik stekda eksperimental kalibrlangan qiymatlar emas, balki model kirishlaridir. Shu bois taqqoslama harorat tendensiyasi tadqiqotning asosiy kuchli natijasidir; mutlaq komponent o‘lchamlash yoki xizmat muddatini bashorat qilish emas.

Kelajakdagi validatsiya bosqichlari

Mualliflar kelajakda modelni ayni o‘tkinchi yuk siklida olingan qutblanish egri chiziqlari, elektroximik impedans spektroskopiyasi, taqsimlangan stek harorati o‘lchovlari, vodorod oqimi va suv balansi maʼlumotlari bilan validatsiya qilishni taklif qiladi. Bundan tashqari fazoviy harorat/gidratatsiya taʼsirlari, degradatsiya quyi modellari va sovitish, namlash hamda vodorod taʼminotining yopiq kontur boshqaruvi modelga qo‘shilishi kerak.

Manba va usul qaydi

To‘liq asl sarlavha: DYNAMIC TEMPERATURE-DEPENDENT SIMULATION OF A 400-CELL PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL STACK USING MATLAB-SIMSCAPE

Mualliflar: Wan Ahmad Saffuan bin Wan Mohamed Salleh; Sahriah Basri

Masʼul muallif: Sahriah Basri

Muassasa: Fuel Cell Institute, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 Bangi, Selangor, Malaysia

Jurnal: Malaysian Journal of Energy and Applications

Jild: 1 (2026)

DOI: 10.17576/myjea.2026.01.71

Topshirilgan: 2 iyul 2026

Qayta ko‘rib chiqilgan: 16 iyul 2026

Qabul qilingan: 16 iyul 2026

Onlayn kirish: 20 iyul 2026

Nashriyotchi: Institut Sel Fuel (SELFUEL), Universiti Kebangsaan Malaysia

Litsenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

Moliyalashtirish: Ministry of Higher Education — HiCoE (SELFUEL): HiCoE-2023-001; Universiti Kebangsaan Malaysia — UKM-TR 2024-17.

Mualliflar hissasi: Ikki muallif tadqiqot va maqolaning barcha bosqichlariga teng hissa qo‘shganini bildirgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildiradi.

Maʼlumotlar mavjudligi: MATLAB-Simscape modelidan hosil qilingan simulyatsiya maʼlumotlari asosli so‘rov bo‘yicha taqdim etilishi mumkinligi ko‘rsatilgan.

Ilmiy mazmun yuklangan tadqiqotning o‘z model tavsifi, Jadval 1–2 va Rasm 1–7 ga asoslanadi. Tadqiqotda ochiq PEMFC boshqaruvchi tenglamalar to‘plami berilmagani sababli manbadan tashqari elektroximik tenglamalar qo‘shilmagan. Model faqat fizik izchillik va adabiyot tendensiyalari darajasida baholangan; ayni 400 hujayrali tizim uchun moslashtirilgan eksperimental validatsiya mavjud emas. Shu sababli natijalar taqqoslama tendensiya tahlili va dastlabki ish oynasini tanlash uchun mos; mutlaq unumdorlik sertifikatsiyasi, komponent o‘lchamlash yoki xizmat muddatini bashorat qilish sifatida talqin qilinmasligi kerak.

Manbada, shuningdek, vizual yorliqlash nomuvofiqliklari mavjud: ayniqsa 3-rasmning ko‘rinadigan mazmuni izohi bilan mos kelmaydi; suv va vodorod grafiklarida vertikal o‘q “Power (W)” sifatida ko‘rinadi. Ushbu nomuvofiqliklar yashirincha tuzatilmagan, maqoladagi aniq matnli va jadval qiymatlari asos qilib olingan.