Farklı özelliklerdeki proton değişim zarlı yakıt hücresi tasarımı ve ölçümleri
Design and measurement of proton exchange membrane fuel cell having different properties
Yazar: MURAT KELLEGÖZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İSMAİL ÖZKAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Bu çalışmada, farklı besleme türlerine sahip proton değişim zarlı yakıt hücrelerinin imalatı için kullanılan bileşenlerinin üretimi, bunların üretiminde karşılaşılabilecek zorlukları, bileşenlerinin bir araya getirilerek monte edilmeleri, ölçümler sonucu performanslarının belirlenmesi ve üretim maliyetleri konu edilmiş ve incelenmiştir. Turbo Pascal 7.0 programlama diliyle yazılmış olan bir yazılım yardımıyla proton değişim zarlı yakıt hücresinden elde edilen sinyaller incelenmiştir. Sinyallerin analog olması nedeniyle bilgisayarın paralel port girişine verilmeden önce dijital sinyallere dönüştürülmüştür. Bu dönüşüm için 0808ADC entegresi kullanılmıştır. Bilgisayara aktarılan dijital sinyaller yazılım desteği ile işlenerek farklı çalışma şartlarına göre voltaj-zaman grafikleri elde edilmiştir. İmalatları gerçekleştirilen proton değişim zarlı yakıt hücrelerinin hidrojen/hava veya hidrojen/oksijen ile beslenmeleri sonrasında elde edilen ölçüm sonuçları değerlendirilerek çalışma şartlarına bağlı voltaj-akım, güç-akım, voltaj-zaman değişimleri gözlenmiştir. Elde edilen ölçümler ?Turbo Pascal 7.0? programlama dilin yazılmış yazılımın dışında ?Microcal Origin 6.0? grafik çizim programıda kullanılarak grafik çizimleri elde edilmiştir. Proton değişim zarlı yakıt hücresine bağlı yük direncinin değiştirilmesi sonucu ölçülen akım ve voltaj değerleri ohm yasasına uyduğu gözlenirken, yük direncinin alt ve üst sınır değerler dışına çıkartılması durumunda ise ölçülen akım ve voltaj değerleri ohm yasasına uymamaktadır. Yük direncindeki alt ve üst sınır değerler, hidrojen/hava beslemeli proton değişim zarlı yakıt hücresi için 0.7? ? 5? bulunurken, hidrojen/oksijen beslemeli proton değişim zarlı yakıt hücresinde 0.6? ? 10? bulunmuştur. Ölçümlerin, proton değişim zarlı yakıt hücrelerine bağlı yük direncine, hücreyi besleyen hidrojen gazının konsantrasyonuna, oksitleyici olarak kullanılan hava veya oksijen gazının konsantrasyonuna sıkı sıkıya bağlı olduğu anlaşılmıştır. Proton değişim zarlı yakıt hücresinden elde edilen verilerle çizilen voltaj-güç grafiğinde hidrojen/oksijen beslemeli yakıt hücresinden elde edilebilen azami güç 0.135W iken hidrojen/hava beslemeli yakıt hücresinden elde edilen azami güç 0.175W olduğu görülmüştür. Üretilen proton değişim zarlı yakıt hücresinden elde edilen ölçümlerden bu tür yakıt hücresinin verimini %31 bulunmuştur. Proton değişim zarlı yakıt hücresinin üretilebilmesi için gerekli demirbaş malzemelerin maliyeti 4441.46YTL olmuştur. 1W'lık yakıt hücresi yığınının üretilmesi için gerekli sarf malzemelerin maliyeti ise 1929.60YTL dir.

Abstract:
In this work, the production of components used in the fabrication of proton exchange membrane fuel cells with different biasing types, the difficulties that could be appear, the integration of components, determining the performances by measurements and fabrication costs are taken into account and investigated. Since the signals obtained from proton exchange membrane fuel cell, by using Turbo Pascal 7.0 computer program, are analog, these are converted to digital signals before being given from computers parallel port. 0808ADC integration is used for this conversion. Current-voltage plots have been obtained at different working conditions by software support and analyzing the digital signals transported to the computer. After the examination of measurement results obtained from the biasing of proton exchange membrane fuel cells by hydrogen/air and hydrogen/oxygen, voltage-current, power-current and voltage-time variations related to working conditions were determined. The results are also plotted using ?Microcal Origin 6.0? besides ?Turbo Pascal 7.0?. As a result of the changing of the load resistance connected to the proton exchange membrane fuel cell it was seen that the current and voltage values are consistent with ohm?s law. However, at deviation from lower and upper limit values of load resistance, the above consistency fails. The limit values are 0,.7-5? for hydrogen/air biased proton exchange membrane fuel cell and 0.6-10? for hydrogen/oxygen biased proton exchange membrane fuel cell. It was determined that the results are strictly depend on the load resistance, the concentration of the hydrogen gas that biases the cell, the concentration of the air or oxygen gas used as oxidant. The maximum power obtained from the hydrogen/oxygen biased proton exchange membrane fuel cells voltage-power plot is 0.135W were the maximum power obtained from the hydrogen/air biased proton exchange membrane fuel cells voltage-power plot is 0.175W. After all investigations the efficiency of such a fuel cell is found to be 31%. The cost for the production of proton exchange membrane fuel cell is 4441.46YTL. The cost of the materials used for the production of 1W of fuel cell is 1929.60YTL.