PEM Yakıt Hücresi Akış Alanlarının Üç Boyutlu Modellenmesi

Authors : Hüseyin KAHRAMAN, İsmail ÖZGÜN

Pages : 65-69

Doi:10.31590/ejosat.1017474

View : 18 | Download : 12

Publication Date : 2021-12-01

Article Type : Research Paper

Abstract :Polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücreleri, çevre dostu olmaları, yüksek enerji verimlilikleri gibi avantajları sebebiyle gelecekte içten yanmalı motorlara alternatif olarak gösterilmektedir. PEM yakıt hücrelerinde bipolar plakalar üzerinde yer alan gaz akış kanalları, reaktant gazların hücre aktif alanı üzerinde dolaştırılmasını ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucunda oluşan suyu hücreden atılmasını sağlamaktadır. Akış kanal tasarımı yakıt hücresi performansı açısından önemli bir yere sahiptir ve bu konuda literatürde birçok çalışma yer almaktadır. Bu çalışmada reaktant gaz dağılımının daha homojen olduğu ve su tahliye kabiliyetinin daha iyi olduğu bir akış kanal tasarımı geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu kapsamda doğadan esinlenerek bir yaprak tasarım ve murray kanununa göre oluşturulan yaprak tasarım modelleri literatürde sıkça karşılaşmakta olduğumuz serpantin tasarım modeli ile karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışma Ansys FLUENT programı kullanılarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada 4 cm2 aktif alana sahip olan yakıt hücresi modelleri için analizler gerçekleştirilerek sonuçlar incelenmiştir. Hücre içerisindeki aktif alan üzerindeki akım yoğunluğu ve reaksiyon sonucu oluşan suyun membran ve katot kanallarındaki dağılımları incelenmiştir. Oluşturulan bu üç tasarımın düşük akım yoğunluklarında yaklaşık olarak aynı performanslara sahip oldukları görülmüştür. Murray kanununa göre oluşturulan yaprak tasarımın 0,8 mA/cm2 gibi yüksek akım yoğunluklarında daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Buradan murray kanununa göre oluşturulan bu yaprak tasarımın su tahliye kabiliyetinin daha iyi olduğu sonucuna varılmıştır. Aynı zamanda akış kanal uzunluğunun büyük olmasının hücre performansını kötü yönde etkilediği görülmüştür. Bu çalışmada akış kanal optimizasyonunun PEM yakıt hücrelerinin yüksek akım yoğunluğu değerlerinde su yönetiminin iyileştirilerek konsantrasyon kayıplarının azaltılmasıyla performanslarının artacağını göstermiştir.
Keywords : PEM, Yakıt Hücreleri, Akış Kanal Modellemesi