Pem tipi yakıt hücrelerinde tasarım ve işletme parametrelrinin hücre performansına etkisi

Abstract

Yapılan bu tez çalışmasında, tek kanallı bir hücreden oluşan 1,5 〖cm〗^2 aktif alana sahip PEM yakıt hücresinde, anot akım toplayıcı plakaya 3 farklı sayıda engel yerleştirilerek geometri oluşturulmuş ve ANSYS Fluent 17.0 modülü kullanılarak analiz gerçekleştirilmiştir. Temel kimyasal ve termodinamik özellikler göz önünde bulundurularak oluşturulan tek kanallı hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli için engel ölçüleri sabit kalacak şekilde sınır şartları ve işletme parametreleri tanımlanmıştır. Yakınsamanın elde edildiği iterasyon sayısında yapılan çözümleme sonuçlarına göre farklı pil potansiyelleri için akım yoğunluğu ve güç polarizasyon eğrileri basınç, sıcaklık, hız dağılım grafikleri ve çalışma basıncının etkilerini gösteren eğriler elde edilmiştir. Değişimleri gösteren polarizasyon eğrileri temel alınarak yakıt hücresi için optimum işletme parametreleri belirlenmiştir. Sonuçlar engelsiz tek kanallı yakıt hücresi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçlarına göre engellerin hücre modelinde sadece tek tarafta olmasından dolayı çok büyük farklar oluşmamış olup en iyi akım ve güç yoğunluğu 2 engelli yakıt hücresinde elde edilmiştir. Optimum pil potansiyeli 0,65V olarak belirlenmiş olup bu değerde 0,1743 A/〖cm〗^2 akım ve 0,1221 W/〖cm〗^2 güç yoğunluğu elde edilmiştir. Akışın engeller koyularak engellenmesi diğerlerine kıyasla daha fazla verim elde edilmesini sağlamıştır fakat engellerin arttırılması akış alanında sınırlamalar oluşturmuş ve en çok engel sayısında en az verim elde edilmiştir.

In this thesis, in the PEM fuel cell which has 1,5 〖cm〗^2active area and consists of a single channel cell, geometry was created by placing 3 different number of obstacles on the anode current collector plate and analysis was performed by using ANSYS Fluent 17.0 module. The boundary conditions and operating parameters have been defined for the single channel computational fluid dynamics model which is formed regarding basic chemical and thermodynamic properties. According to the analysis results of the iteration number in which convergence is obtained,current concentration and power polarization curves for different cell voltages concentration graphics of pressure, temperature and velocity and curves showing the effects of working pressure have been obtained. The optimum operating parameters for the fuel cell were determined based on the polarization curves indicating the changes. The results were compared with unobstructed single channel fuel cell results. According to the analysis results, there were no significant differences due to the fact that the obstacles were only on one side in the cell model, and the best current and power concentration were obtained in fuel cells with 2 blockage. Optimum battery potential is set at 0.65V and 0.11741 A /〖cm〗^2 current concentration and 0.1221 W /〖cm〗^2 power concentration were obtained at this value. Preventing the flow by blockages has increased efficiency compared to others, but increasing the blockage number has created limitations in the flow area and the lowest effiency was obtained with maxiumum number of blockages.