KATI OKSİT YAKIT PİLİNDE YAKIT KULLANIM VERİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Year 2018, , 966 - 978, 20.07.2018

Selahattin Çelik , Mahmut Alkan

https://doi.org/10.28948/ngumuh.445434

Abstract

Katı
oksit yakıt pilleri (KOYP) yüksek enerji dönüşüm verimlerine sahip enerji üreteçleridir.
Yakıt pillerine gönderilen hidrojen ve hava miktarının arttırılması performansı
iyileştirmektedir. Bununla birlikte, kullanılmayan yakıt miktarı da arttığından
yakıt kullanım verimliliği düşmektedir. Bu çalışmada farklı debi değerlerinde bir
katı oksit yakıt pilinin yakıt kullanım verimi araştırılmıştır. Debi değişimi
yakıt kullanım verimini önemli derecede etkilediği gibi sabit debilerde çalışma
potansiyelinin de yakıt kullanım verimini etkilediği görülmüştür. Literatürde
geliştirilen KOYP pillere ait yakıt kullanım verimi değerlerinin, genelde hangi
voltaj ve debide elde edildiği yazmamaktadır. Bu durum güce endeksli olmayıp
sonuçların yanıltıcı olmasına neden olabilmektedir. Bu çalışmada güce endeksli
yakıt pili verimleri karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir. Yüksek voltaj
aralığında yakıt kullanım veriminin %85’lere kadar çıktığı gözlemlenmiş olup bu
verimlilikte 90 mW.cm-2 güç yoğunluğuna ulaşılmıştır. Yüksek güç
yoğunluklarında (225 mW.cm-2) ise yakıt kullanım veriminin oldukça düştüğü (%30
verim) tespit edilmiştir.

Keywords

Katı oksit yakıt pili, yakıt kullanım verimi, performans

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF FUEL UTILIZATION IN SOLID OXIDE FUEL CELL

Abstract

Solid
oxide fuel cells (SOFCs) are energy generators with high energy conversion
efficiencies.  Increasing the amount of
hydrogen and air sent to the fuel cells improves performance. However, since
the amount of unused fuel increases as a result of the increase in the hydrogen
supply, the fuel utilization efficiency decreases. In this study, the fuel
utilization efficiency of a solid oxide fuel cell at different flow rates is
investigated. It is found that the change in flow rate has a significant effect
on the fuel utilization efficiency and the fuel utilization is also affected by
operating voltage at constant flowrates. The literature on SOFCs do not
generally describe the voltage and flowrate values where the resultant fuel
utilization is obtained. This situation is based on the power but it can cause
the results to be misleading. In this study, the power based fuel cell
efficiencies are compared. It is observed that up to 85% of the fuel
utilization efficiency can be achieved in the high operating voltage range and
90 mW.cm-2 peak power density is obtained at this efficiency. At high operating
power densities (225  mW.cm-2), on the
other hand, the fuel utilization efficiency was found to be very low (30%).

Keywords

Solid oxide fuel cells, fuel utilization efficiency, performance

References

• [1] ÇELİK, S. “Katı Oksit Yakıt Pillerinde Elektrot/Elektrolit Arayüzey Dinamiğinin İncelenmesi” Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, 2013.
• [2] FANG Q., BLUM L., PETERS R., PEKSEN M., BATFALSKY P., STOLTEN D., “SOFC Stack Performance Under High Fuel Utilization”, International Journal of Hydrogen Energy, 40, 1128-1136, 2015.
• [3] ESPOSİTO A., RUSSO L., KANDLER C., PİANESE C., LUDWİG B., STEİNER N. Y., “High Fuel Utilization in Solid Oxide Fuel Cells: Experimental Characterization and Data Analysis with Continuous Wavelet Transform”, Journal of Power Sources, 317, 159-168, 2016.
• [4] LEE S., KİM H., YOON K. J., SON J. W., LEE J. H., CHOİ W., HONG J., KİM B.K, “The Effect of Fuel Utilization on Heat and Mass Transfer within Solid Oxide Fuel Cells Examined by Three-Dimensional Numerical Simulations”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 97, 77-93, 2016.
• [5] HORNES A., TORRELL M., MORATA A., KENDALL M., KENDALL K., TARANCON A., “Towards a High Fuel Utilization and Low Degradation of Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cells”, International Journal of Hydrogen Energy, 47, 13889-13901, 2017.
• [6] MİLEWSKİ J., ŚWİRSKİ K., SANTARELLİ M., LEONE P., Advanced Methods of Solid Oxide Fuel Cell Modeling, Springer-Verlag London, 2011.
• [7] BARBİR F., PEM Fuel Cell Theory and Practice (1st ed.), Elsevier, 2005.
• [8] THORSTENSEN B., “A Parametric Study of Fuel Cell System Efficiency Under Full and Part Load Operation”, Journal of Power Sources, 92, 9-16, 2001.
• [9] MENCH M. M., Fuel Cell Engines, Wiley, 2008.
• [10] ERTUGRUL T.Y., CELIK S., MAT M.D., “Effect of Binder Burnout on the Sealing Performance of Glass Ceramics for Solid Oxide Fuel Cells”, Journal of Power Sources, 242, 775-783, 2013.