Elektrikli araçlarda kullanılan PEM yakıt pillerinin performansı üzerine kanal blokajlarının etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of channel blockages on the performance of PEM fuel cells used in electric vehicles
Yazar: ALPEREN LATİF DURAK
Danışman: PROF. DR. HANBEY HAZAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Ana Bilim Dalı / Taşıt Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Bipolar plaka = Bipolar plate ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Günümüz dünyasında sanayileşme ve artan insan nüfusu gibi faktörler nedeniyle enerji talebi her geçen gün artmaktadır. Bu durum insanoğlunu, alternatif, temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı ve teknolojisi arayışına itmiştir. Bu noktada hidrojen enerjisi ve yakıt pili teknolojisi geleceğin enerji kaynağı olarak görülmektedir. Yakıt hücreleri, hidrojen yakıtındaki kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal enerji cihazlarıdır. Bu tez çalışması temel olarak yakıt hücresi bileşeni olan bipolar plakaların daha yüksek akım yoğunluğu sağlayacak şekilde geliştirilmesini konu almaktadır. Bu amaçla, bipolar plakalarda bulunan akış kanalları üzerine, geometrik şekil, sayı, yükseklik ve konum olarak farklı varyasyonlarda engeller yerleştirilmiştir. İlk aşamada tasarlanan modellerin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) metodu ile analizleri yapılmıştır. Ardından en verimli BPP akış alanına sahip yakıt pili ile standart serpantin tasarımına sahip yakıt pili aynı koşullarda deneysel olarak test edilmiş ve akım/gerilim eğrileri elde edilmiştir. Sonuç olarak, bipolar plakalara engel yerleştirilmesi, hücrenin akım ve güç yoğunluğu değerlerini arttırmaktadır. Yapılan deneysel testler sonucunda, optimize edilmiş engel biçiminde üretilen katot plakasının bulunduğu yakıt hücresinin çıkış gücü, standart serpantin yapısındaki yakıt hücresinin çıkış gücüne kıyasla arttığı görülmüştür. Yapılan çalışma sonucunda, hücrenin birim aktif alanından elde edilen net güç miktarı arttırılmış bir yakıt hücresi elde edilmiştir.

Abstract:
In today's world, energy demand is increasing day by day due to factors such as industrialization and increasing human population. This situation has pushed mankind to seek an alternative, clean and sustainable energy source and technology. At this point, hydrogen energy and fuel cell technology are seen as the energy source of the future. Fuel cells are electrochemical energy devices that convert the chemical energy in hydrogen fuel directly into electrical energy. This thesis is basically about the development of bipolar plates, which are fuel cell components, to provide higher current density. For this purpose, obstacles with different variations in geometric shape, number, height and location were placed on the flow channels in the bipolar plates. In the first stage, the designed models were analyzed using the computational fluid dynamics (CFD) method. Then, the fuel cell with the most efficient BPP flow area and the fuel cell with the standard serpentine design were experimentally tested under the same conditions and current/voltage curves were obtained. As a result, placing barriers on bipolar plates increases the current and power density values of the cell. As a result of the experimental tests, it was observed that the output power of the fuel cell with the cathode plate produced in the optimized barrier shape increased compared to the output power of the fuel cell with the standard serpentine structure. As a result of the study, a fuel cell with increased net power amount obtained from the unit active area of the cell was obtained.