Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu

Authors : Safiye Nur Özdemir, İmdat Taymaz, Emre Kurt

Pages : 715-728

View : 28 | Download : 15

Publication Date : 2024-11-29

Article Type : Research Paper

Abstract :Proton değişim membranlı yakıt pilleri (PEMYP) altı esas bileşenden oluşmaktadır: akım toplayıcılar (AT), uç plakalar (UP), bipolar plakalar (BP), gaz difüzyon tabakaları (GDT), contalar ve membran elektrot ünitesi (MEÜ)’dir. Maksimum performans, yüksek dayanım ve güvenilirlik için PEMYP montaj veya tasarım parametreleri kritik bir öneme sahiptir. Optimum yakıt pil montaj ve tasarımı için hücrenin mekanik davranışlarının bilinmesi gerekmektedir. Yakıt pilinin mekanik montaj sürecinin deneysel tekniklerle gerçek zamanlı olarak yapılması oldukça maliyetli ve zaman alıcıdır. Bu nedenle, 100 cm² aktif alana sahip PEMYP’nin üç boyutlu sonlu eleman modeli geliştirilmiş, hücre bileşenlerindeki gerilme ve deformasyon değerleri Ansys Mechanical yazılımı ile hesaplanmıştır. Optimum seviyeleri elde etmek ve tasarım parametrelerinin etkisini analiz etmek için cevap yüzeyi yöntemi (CYY) uygulanmıştır. İstatistiksel analiz için cıvata sayısı, cıvata delik çapı ve sıkıştırma torkları üç farklı bağımsız tasarım değişkeni olarak tanımlanmış, bunların yanıt parametreleri olarak belirlenen gerilme ve deformasyon üzerindeki bireysel-birleşik etkileri analiz edilmiştir. Bu nedenle çalışılan cıvata sayısı, cıvata delik çapı ve sıkıştırma torku aralıkları sırasıyla 12-20, 4-6 mm ve 9-15 Nm’dir. Cıvata deliği çapının 6 mm\'den 4 mm\'ye düşürülmesi sonucunda, toplam deformasyon yaklaşık olarak %60.4 oranında artmıştır. Artan cıvata sayısıyla birlikte daha homojen gerilme dağılımları sağlanmış ve uç plakadaki maksimum gerilme yaklaşık olarak %83.3 oranında artmıştır. Sıkıştırma torkundaki yükselme ise membran üzerinde yaklaşık olarak 21 MPa\'lık bir basınç artışına neden olmuştur. Çalışmanın sayısal ve istatistiksel bulguları, PEMYP performansının, dayanıklılığının ve güvenilirliğinin değerlendirilmesinde önemli bir rehber olabilir.
Keywords : 3B PEMYP, Sonlu elemanlar yöntemi, Cevap yüzeyi yöntemi, Optimizasyon, Mekanik analiz