Katot destekli katı oksit yakıt hücresinin matematiksel modellenmesi ve nümerik analizi
Mathematical modelling and numerical analysis of cathode supported solid oxide fuel cell
Yazar: BERRE KÜMÜK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA İLBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Nümerik analiz =

Özet:
Katı oksit yakıt hücresi, katı seramik elektrolit kullanarak yüksek sıcaklıkta çalışan ve bir yakıtın sahip olduğu kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisi ve ısıya dönüştüren elektrokimyasal cihazdır. Katı oksit yakıt hücreleri, ideal şartlar altında yüksek performansla çalışan cihazlardır. Bir katı oksit yakıt hücresinin performansını etkileyen sıcaklık, basınç gibi farklı işletme koşulları vardır. Bu tez çalışmasında, katı oksit yakıt hücresinin performansını etkileyen koşullar iyonik ve elektronik yük transferleri ile kütle, momentum, tür ve enerjinin korunumunu içeren hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) temelli model bir katı oksit yakıt hücresi geliştirilerek sayısal olarak incelenmiştir. Geliştirilen elektrolit destekli ve katot destekli katı oksit yakıt hücresi üzerinde farklı işletme koşullarının etkisi COMSOL Multiphysics® ticari yazılımı ile analiz edilmiş ve sonuçlar performans ve polarizasyon eğrileri ile verilmiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde katot destekli katı oksit yakıt hücresinin performansının elektrolit destekli katı oksit yakıt hücresinin performansından çok daha iyi olduğu görülmüştür. Ayrıca, sıcaklık ve basınç değerlerinin arttırılmasının ve oksitleyici olarak saf oksijen kullanılmasının katot destekli katı oksit yakıt hücresinin performansını olumlu yönde etkilediği görülmüştür.

Abstract:
Solid oxide fuel cell is an electrochemical device that uses a solid ceramic electrolyte and operates at high temperature and converts the chemical energy that a fuel has directly into electrical energy and heat. Solid oxide fuel cells are devices that operate at high performance under ideal conditions. There are different operating conditions such as temperature, pressure, which affect the performance of a solid oxide fuel cell. In this thesis study, the conditions that affect the performance of the solid oxide fuel cell are numerically investigated by developing a model solid oxide fuel cell based on the computational fluid dynamics (HAD) model involving ionic and electronic charge transfer and conservation of mass, momentum, species and energy. The effect of different operating conditions on the developed electrolyte supported and cathode supported solid oxide fuel cell was analyzed with COMSOL Multiphysics® commercial software and the results are given in performance and polarization curves. When the results are evaluated, it is seen that the performance of the cathode supported solid oxide fuel cell is much better than the performance of the electrolyte supported solid oxide fuel cell. It has also been found that increasing the temperature and pressure values and using pure oxygen as the oxidant positively affects the performance of the cathode supported solid oxide fuel cell.