Araştırma Makalesi

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

Cilt: 30 Sayı: 6 29 Kasım 2024
PDF İndir
EN TR

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

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. [1] Xu J, Zhang C, Wan Z, Chen X, Chan SH, Tu Z. “Progress and perspectives of integrated thermal management systems in PEM fuel cell vehicles: a review”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 155, 1-23, 2022.
  2. [2] Aadil Rasool M, Khalilpour K, Rafiee A, Karimi I, Madlener R. “Evaluation of alternative power-to-chemical pathways for renewable energy exports”. Energy Conversion and Management, 287, 1-16, 2023.
  3. [3] Becken S, Mackey B, Lee DS. “Implications of preferential access to land and clean energy for Sustainable Aviation Fuels”. Science of The Total Environment, 886, 1-11, 2023.
  4. [4] Akgül G, Turan Z. ‘‘Application of biochar derived from industrial tea waste into the fuel cell-a novel approach’’. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 26(1), 122-126, 2020.
  5. [5] Yola M. ‘‘Application of polyoxometalate/carbon nitride nanotubes nanocomposite for directly methanol oxidation’’. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 25(7), 904-906, 2019.
  6. [6] Barbir F, Yazici S.“Status and development of PEM fuel cell technology”. International Journal of Energy Research, 32(5), 369-378, 2008.
  7. [7] Tawalbeh M, Alarab S, Al-Othman A, Javed RMN. “The operating parameters, structural composition, and fuel sustainability aspects of PEM fuel cells: a mini review”. Fuels, 3(3), 449-474, 2022.
  8. [8] Manoharan Y, Hosseini SE, Butler B, Alzhahrani H, Senior BTF, Ashuri T, Krohn J. “Hydrogen fuel cell vehicles; Current status and future prospect”. Applied Sciences, 9(11), 1-17, 2019.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Makine Mühendisliği (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Emre Kurt
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

29 Kasım 2024

Gönderilme Tarihi

13 Eylül 2023

Kabul Tarihi

28 Aralık 2023

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2024 Cilt: 30 Sayı: 6

Kaynak Göster

APA
Özdemir, S. N., Taymaz, İ., & Kurt, E. (2024). Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 30(6), 715-728. https://izlik.org/JA67MM76WD
AMA
1.Özdemir SN, Taymaz İ, Kurt E. Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024;30(6):715-728. https://izlik.org/JA67MM76WD
Chicago
Özdemir, Safiye Nur, İmdat Taymaz, ve Emre Kurt. 2024. “Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30 (6): 715-28. https://izlik.org/JA67MM76WD.
EndNote
Özdemir SN, Taymaz İ, Kurt E (01 Kasım 2024) Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30 6 715–728.
IEEE
[1]S. N. Özdemir, İ. Taymaz, ve E. Kurt, “Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 30, sy 6, ss. 715–728, Kas. 2024, [çevrimiçi]. Erişim adresi: https://izlik.org/JA67MM76WD
ISNAD
Özdemir, Safiye Nur - Taymaz, İmdat - Kurt, Emre. “Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30/6 (01 Kasım 2024): 715-728. https://izlik.org/JA67MM76WD.
JAMA
1.Özdemir SN, Taymaz İ, Kurt E. Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024;30:715–728.
MLA
Özdemir, Safiye Nur, vd. “Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 30, sy 6, Kasım 2024, ss. 715-28, https://izlik.org/JA67MM76WD.
Vancouver
1.Safiye Nur Özdemir, İmdat Taymaz, Emre Kurt. Düşük sıcaklıklı bir PEM yakıt hücresinin mekanik davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve optimizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi [Internet]. 01 Kasım 2024;30(6):715-28. Erişim adresi: https://izlik.org/JA67MM76WD