PEM TİPİ YAKIT PİLLERİ İÇİN ÇİFT KUTUPLU AKIŞ PLAKALARININ MODELLENMESİ

Öz

Yakıt pili teknolojisi, hidrojen enerjisini en ekonomik ve verimli kullanan teknolojilerden bir tanesidir.Kullandığı yakıt ve üretebildiği güç miktarı bakımından çeşitli yakıt pilleri mevcuttur. Bu yakıt pilleri içerisindeen çok polimer elektrolit membranlı yakıt pillerinin (PEMYP) gelecek vaad ettiği öngörülmektedir. Buçalışmada tek hücreli bir polimer elektrolit membranlı yakıt pili Comsol Multiphysics programı kullanılarak ikiboyutlu olarak modellenmiştir. Akışa paralel kesitte model oluşturulmuştur. Akış kanalına farklı geometrilerdeengeller konularak daha fazla yakıtı reaksiyona zorlamak hedeflenmiştir. Bu şekilde ideal performansdeğerlerine yakın akım ve güç yoğunlukları oluşturulmaya ve kayıplar en aza indirilmeye çalışılmıştır. Sınırkoşulları olarak değişik hız değerleri girilmiştir. Ayrıca çıkış sınır şartları için farklı basınç değerleri verilerekperformans etkisi araştırılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucu görülmüştür ki; giriş hızının artması, çıkış basıncınınartması, katot tarafındaki sınır şartlarına anoda göre daha fazla oksidant beslenmesi ve kanal boyunca bulunanengellerin derinliğinin artması sonrasında yakıt hücresi performansı artmıştır.

Anahtar Kelimeler

• PEM Yakıt Pili, Comsol, Yakıt Hücresi, 2-D Modelleme.

Kaynakça

1. Gurau, V., Liu, H. And Kakac, S., Two-
2. Dimensional Model for Proton Exchange
3. Membrane Fuel Cells, AIChE Journal, 44,
4. -2422, 1998.
5. Dutta S., Shimpalee S., Vanzee W.J., Threedimensional
6. numerical simulation of straight
7. channel PEM fuel cells, J. Applied
8. Electrochemistry,(30) 135-146, 1999.

9. He, W., Yi, J.S. and Nguyen, T.V., Two-Phase
10. Flow Model of the Cathode of PEM Fuel Cells
11. Using Interdigitated Flow Fields, AIChE
12. Journal, 46, 2053-2064, 2000.
13. Um, S. and Wang, C.Y., Three-dimensional
14. analysis of transport and electrochemical
15. reactions in polymer electrolyte fuel cells,
16. Journal of Power Sources, 125, 40–51, 2004.
17. Guvelioglu, G.H. and Stenger, H.G.,
18. Computational fluid Dynamics modeling of
19. polymer electrolyte membrane fuel cells, Journal
20. of Power Sources, 147, 95–106, 2005.
21. Hermann, A., Chaudhuri, T., Spagnol, P.,
22. International Journal of Hydrogen Energy, 30,
23. , 2005.
24. Shimpalee, S., Van Zee, J.W., ‘’Numerical
25. Studies on Rib & Channel Dimension of Flow
26. Field on PEMFC Performance’’, International
27. Journal of Hydrogen Energy, 80-102, (2006).
28. Soo Kim, G., Sui, P.C., Shah, A.A., Djilali, N.,
29. Reduced-dimensional models for straight-channel
30. proton exchangemembrane fuel cells, Journal of
31. Power Sources, 195, 3240-3249, 2010.
32. Lobato, J., Canizares, P., Rodrigo, M.A., Pinar,
33. J.F., Mena, E., Ubeda, D., Three-dimensional
34. model of a 50 cm2 high temperature PEM fuel
35. cell. Study of the flow channel geometry
36. influence, International Journal of Hydrogen
37. Energy, xxx, i-ii, 2010.
38. Larminie, J., Dicks, A., Fuel Cell Systems
39. Explained, Wiley, 2003.
40. Hoogers, G., Fuel Cell Technology Handbook,
41. CRC Press, 2002.
42. Kakaç, S., Vasiliev, L., Pramuanjaroenkij, A.,
43. Mini-Mikro Fuel Cell Fundamentals and
44. Applications, Springer, 2007.
45. Barbir, F., PEM Fuel Cells:Theory and
46. Practice, Elsevier Academic Press, 2005.
47. EG&G Technical Services, Inc., Fuel Cell
48. Handbook(Seventh Edition), U.S. Department
49. of EnergyOffice of Fossil EnergyNational Energy
50. Technology Laboratory, 2004.
51. EG&G Services Parsons, Inc. Science
52. Applications International Corporation, Fuel Cell
53. Handbook (Fifth Edition), U.S. Department of
54. Energy Office of Fossil Energy National Energy
55. Technology Laboratory, 2000.
56. Ağar, E., 2010, 2-D Modeling of a Proton
57. Exchange Membrane Fuel, Yüksek Lisans Tezi,
58. O.D.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
59. Bıyıkoğlu, A., Yakıt Hücerelerinin Tarihsel
60. Gelişimi,Çalışma Prensipleri Ve Bugünkü
61. Durumu, G.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 16(3),
62. -542, 2003.
63. Barbir, F., Fuel cell basic chemistry,
64. electrochemistry and thermodynamics. In Mini-
65. Micro Fuel Cells: Fundamentals and
66. Applications, pages 13–26, 2008.
67. “Elektrik İşleri Etüd İdaresi” erişim adresi:
68. http://www.eie.com/, erişim tarihi: 26 Nisan
69. -
70. “Fuel Cell Online, Fuel Cell Information” erişim
71. adresi: http://www.fuelcells.org/, erişim tarihi: 28
72. Temmuz 2010.
73. “U.A. Department of Energy, Energy Efficiency
74. & Renewable Energy” erişim adresi:
75. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcel
76. ls/fuelcells/fc_types.html, erişim tarihi: 26 Nisan
77. -
78. “The National Institute of Standards and
79. Technology (NIST)” erişim adresi:
80. http://physics.nist.gov/MajResFac/NIF/pemFuelC
81. ells.html erişim tarihi : 26 Nisan 2010.
82. Scientific Computing World erişim adresi:
83. http://www.scientificcomputing.
84. com/scwjanfeb03fuelcell.html erişim
85. tarihi:20 Temmuz 2010.
86. Robalinho, E., Cunha, E.F., Andrade, A.B.,
87. Bejarano, M.L.M., Linardi, M., Cekinski, E.,
88. COMSOL Modelling and Simulation of PEM
89. Fuel Cell’s Flow Channels, Excerpt from the
90. Proceedings of the COMSOL Conference,
91. Boston, U.S.A., 2007.
92. Siegel, C., Review of computational heat and
93. mass transfer modeling in polymer-electrolytemembrane
94. (PEM) fuel cells, Energy, 33,1331–
95. , 2008.
96. Mehta, V. and Cooper, J., Review and analysis of
97. pem fuel cell design and manufacturing, Journal
98. of Power Sources, 114,32–53, 2003.
99. Tsuchiya, H. and O Kobayashi, O., Mass
100. production cost of pem fuel cell by learning
101. curve, International Journal of Hydrogen
102. Energy, 29,985–990, 2004.
103. Li, X. and Sabir, I., Review of bipolar plates in
104. pem fuel cells: Flow-field designs, International
105. Journal of Hydrogen Energy, 30,359–371,
106. -
107. Hermann, A., Chaudhuri, T. and Spagnol, P.,
108. Bipolar plates for pem fuel cells: A review,
109. International Journal of Hydrogen Energy,
110. ,1297–1302, 2005.
111. Tawfik, H., Hung, Y. and Mahajan, H., Metal
112. bipolar plates for pem fuel cell—a review,
113. Journal of Power Sources, 163,775–767, 2007.
114. Wind, J., Spah, R., Kaiser, W. and Böhm, G.,
115. Metallic bipolar plates for pem fuel cells,
116. Journal of Power Sources, 105,256–260, 2002.
117. Xing, Q.X., Lum, K.W., Poh, H.J.,Wu, Y.L.,
118. Geometry optimization for proton-exchange
119. membrane fuel cells withsequential quadratic
120. programming method, Journal of Power
121. Sources, 186, 10–21, 2009.
122. Comsol Multiphysics. Proton exchange
123. membrane fuel cell. In Chemical Engineering
124. Module Model Library, Comsol, 2009.
125. Comsol Multiphysics. Chemical Engineering
126. Module User’s Guide. Comsol, 2008.
127. “General Motors Company” resmi internet sitesi
128. erişim adresi:
129. http://www.gm.com/vehicles/innovation/fuelcells/
130. erişim tarihi: 28 Temmuz 2010.
131. Sankır, M., PhD Dissertation, 2005.
132. K. Broka, P. Ekdunge, Modelling the PEM fuel
133. cell cathode, Journal of Applied
134. Electrochemistry, 27:281-289, 1997.
135. K. Dannenberg, P. Ekdunge and G. Lindbergh,
136. Mathematical model of the PEMFC, Journal of
137. Applied Electrochemistry 30:1377–1387, 2000.