Sau khi thay đổi mô hình PEMFC có sẵn thành mô hình pin nhiên liệu vi lưu, chúng ta có thể thấy qua hình 3.2. các miền của pin nhiên liệu vi lưu gồm có: anode (Ωa), miền chảy của chất điện giải (Ωe) và cathode (Ωc). Hai bộ góp điện được đặt ở trên mỗi điện cực. Vi kênh có 2 đầu vào và 2 đầu ra
được đặt tương ứng ở phía trên và phía dưới.
Axit formic được chọn làm dung dịch nhiên liệu, do nó là loại nhiên liệu có thể đưa trực tiếp vào pin nhiên liệu mà không cần có chuyển đổi xúc tác phức tạp. Hơn nữa, việc chứa axit formic cũng dễ dàng và an toàn hơn rất nhiều so với hydro do không cần phải giữ ở áp suất cao và nhiệt độ thấp, do axit formic là chất lỏng tại áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn. Ngoài ra cũng có nhiều nghiên cứu sử dụng axit formic cho kết quả công suất ra tốt hơn so với việc sử dụng hydro. Do vậy axit formic được chọn làm dung dịch nhiên liệu, và oxy bão hòa trong axit sulfuric là chất oxy hóa. Cả hai được đưa vào các kênh đầu vào tương ứng của anode và cathode. Các phản ứng điện hóa được giả định diễn ra ở bề mặt các điện cực bao phủ bởi lớp xúc tác. Các phương trình phản ứng diễn ra như sau:
Ở anode: HCOOH CO22H 2e (3.1) Ở cathode: 1 2 O22H 2e H2O (3.2) Tổng hợp: HCOOH 1 2O2 H2O CO2 (3.3) Trong đó electron được dẫn đến cathode thông qua mạch điện bên ngoài, và proton khuếch tán vào dòng chảy của chất oxy hóa qua phân cách giữa hai dòng chảy. Tại cathode, oxy trong chất oxy hóa phản ứng với electron lấy từ điện cực và proton từ dung dịch axit sulfuric tạo ra nước. Các điều kiện vật lý và hoạt động của mô hình được cho trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Một số thông số và hằng số sử dụng trong mô hình
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Hằng số Faraday F 96500 C.mol-1
Áp suất khí quyển Patm 1 Atm
Áp suất bơm vào tại catot ∆Pc 0.5 Pa
Nhiệt độ thí nghiệm T 25 oC
Hằng số khí R 8.314 J.mol-1.K-1 Hệ số nhớt của chất lỏng µ 0.001 Kg.m-1.s-1 Độ khuếch tán tại catot Dc 2.1x10-9 m2.s-1 Độ khuếch tán tại anot Da 2.546x10-9 m2.s-1 Dòng trao đổi tại anot i0a 0.1194 A.m2 Dòng trao đổi tại catot i0c 3.1x10-7 A.m2 Thế điện cực chuẩn anot ∆ Φeqa 0.2 V Thế điện cực chuẩn catot ∆Φeqc 1.23 V
Độ dẫn anot kla 5 S.m-1
Độ dẫn catot klc 4.78 S.m-1
Độ dẫn dòng góp ks 5000 S.m-1 Tỉ trọng anot ρa 1008.6 Kg.m-1 Tỉ trọng catot ρc 1004.9 Kg.m-1 Nồng độ nhiên liệu đầu vào c0HCOOH 0.5 mol.m-3 Nồng độ oxy đầu vào c0O2 1.25x10-3 mol.m-3