Rosnące zainteresowanie ogniwami paliwowymi zasilanymi bezpośrednio ciekłymi paliwami uwydatniło wyzwania związane z odprowadzaniem gazowych produktów reakcji z przestrzeni układów dystrybucji reagentów. W niniejszej pracy przedstawiono nowatorskie, ilościowe podejście do analizy dynamiki przepływu pęcherzy CO₂ poprzez jego wizualizację w czasie rzeczywistym, wykorzystując przezroczyste ogniwo paliwowe zasilane ciekłym kwasem mrówkowym (DFAFC), wykonane przy użyciu technik druku 3D i frezowania CNC.

Opracowana przez nas metodologia pozwala na ilościową charakterystykę przepływu pęcherzyków gazu za pomocą dwóch kluczowych analiz: gęstości objętościowego rozkładu rozmiarów pęcherzyków i wydłużonych pęcherzy gazu (slugów) w interwałach jednosekundowych oraz ewolucji ułamka objętościowego CO₂ w czasie dla różnych orientacji ogniwa i konfiguracji kanałów przepływowych (serpentynowych oraz serpentynowych z przegrodami o przekroju trapezu prostokątnego).

Wizualna obserwacja przepływu zazwyczaj nie pozwala dostrzec istotnych różnic pomiędzy przepływem dwufazowym w poszczególnych orientacjach, natomiast przeprowadzona przez nas analiza ilościowa przepływu w 30-sekundowych interwałach ujawniła kluczowe różnice w charakterystyce pracy ogniwa. Wyniki wykazały, że wydajność ogniwa DFAFC zależy zasadniczo od równowagi pomiędzy szybkością akumulacji i usuwania CO₂, nie zaś od jego bezwzględnej ilości.

Wśród badanych konfiguracji największą wydajność pracy ogniwa DFAFC osiągnięto w orientacji pionowo–poziomej, z niewiele mniejszą wydajnością w układzie pionowo–pionowym. Analiza zmian wartości ułamka objętościowego CO₂ w czasie ujawniła wyraźnie cykliczny charakter akumulacji i usuwania gazu, co dostarcza nowych informacji na temat dynamiki przepływów dwufazowych w ogniwach paliwowych.

Otrzymane wyniki wskazują kierunki optymalizacji układów do usuwania gazu w ogniwach paliwowych w zakresie ich architektury, w szczególności poprzez rozwój hydrofilowych powierzchni elektrod w celu ograniczenia adhezji pęcherzyków CO₂ i wykorzystanie pionowo–poziomej orientacji ogniwa do wspomagania usuwania gazu siłą wyporu. Nasza metodyka badawcza może znaleźć zastosowanie w przyszłych badaniach nad złożonymi geometriami interkonektorów.