Doğrudan etanol yakıt pillerinde yakıt pili parametrelerinin performansa etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effects of fuel cell parameters on the performance in direct ethanol fuel cells
Yazar: ETHEM SÖKMEZ
Danışman: PROF. DR. İMDAT TAYMAZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Daha temiz bir çevre için fosil yakıtlara bağlı kalmadan yeni enerji kaynaklarının geliştirilmesi zorunlu hale gelmiştir. Yakıt pilleri, yakıt olarak hidrojenin ve çeşitli yakıtların kullanıldığı, günümüzün alternatif enerji üretim teknolojilerinden birisidir. Yakıt olarak kullanılabilecek alkoller içerisinde etanol, sürdürülebilir enerji sistemleri için cazip bir yakıt olarak ortaya çıkıyor. Düşük toksit özelliği, yenilenebilir proseslerle üretilebilmesi ve yüksek teorik enerji yoğunluğu gibi özellikleri sayesinde birçok avantaj sunmasıyla son yıllarda tercih edilen yakıtlardan birisi olmuştur. Bu çalışmada yakıt olarak etanol kullanılan doğrudan etanol yakıt pili için Comsol Multiphysics programı kullanılarak 3 boyutlu model oluşturulmuştur. Model, literatürdeki çoğu yakıt pili modelinden farklı olarak tekrar hücresi olarak değil tam bir yakıt pili olarak oluşturulmuştur. Oluşturulan model literatürdeki deneysel verilerle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Doğrudan etanol yakıt pilinin performansını iyileştirmek için doğrulanan model üzerinde sıcaklığın, katottaki oksidanın, havanın ve yakıtın kanal girişlerindeki hızlarının, gözenekliliğin, katot basıncının ve membran kalınlığı gibi parametrelerin etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda sıcaklığın, yakıtın kanal girişindeki hızının, gözenekliliğin, katot basıncının artışının yakıt hücresi performansını arttırdığı ve ayrıca membran kalınlığının azaltılmasının ve oksidan olarak oksijenin kullanılmasının da yakıt pili performansını arttırdığı bulunmuştur.

Abstract:
For a cleaner environment, ithas become necessary to develop new energy sources without relying on fossil fuels. Fuel cells are one of today's alternative energy production technologies, where hydrogen and various fuels are used as fuel. Among alcohols that can be used as fuel, ethanol emerges as an attractive fuel for sustainable energy systems. It has been one of the preferred fuels in recent years, with its low toxicity feature, its ability to be produced with renewable processes and its high theoretical energy density, offering many advantages. In this study, a 3D model was created using Comsol Multiphysics program for direct ethanol fuel cell using ethanol as fuel. Unlike most fuel cell models in the literature, the model was created as a complete fuel cell, not a repeat cell. The created model has been verified by comparing it with experimental data in the literature. In order to improve the performance of direct ethanol fuel cell, the effects of temperature, oxidant at the cathode, velocities of air and fuel at the channel inlets, porosity, cathode pressure and membrane thickness were investigated on the validated model. As a result of the study, it has been found that the increase of temperature, the speed of the fuel in the channel inlet, porosity, and cathode pressure increase the performance of the fuel cell, and also the reduction of membrane thickness and the use of oxygen as an oxidant increase the performance of the fuel cell.