Farklı sıkıştırma yöntemlerinin PEM yakıt hücresi performansına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of different compression methods on PEM fuel cell performance
Yazar: ARİFE UZUNDURUKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHİTTİN BİLGİLİ ; DOÇ. DR. YILSER DEVRİM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Yakıt hücresi teknolojisi verimli, temiz ve güvenilir bir elektrik üretimi sağlar. Yakıt hücresi tipleri arasında, Proton Elektrolit Membran Yakıt Hücresi (PEMYH), taşınabilir uygulamalarla uyumluluğu ve düşük sıcaklıklarda yüksek performans göstermesi nedeniyle diğer yakıt hücresi tiplerine kıyasla öne çıkmaktadır. PEMYH'nin performansını etkileyen en önemli faktörlerden biri sıkıştırma kuvveti ve yöntemidir. Bu çalışmada, cıvata ile sıkıştırma ve press altında sıkıştırma yöntemlerinin PEMYH'nin performansına etkisi 0,4 Nm ile 1,9 Nm arasında değişen ve bu yüklere karşılık gelen 1341 N ile 6340 N arasındaki yükler altında incelenmiştir. Toplam deformasyon analizi ANSYS üç boyutlu (3D) sonlu elemanlar analizi (FEA) yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda yakıt hücresi test istasyonu kullanılarak paralel serpantin (PIS) akış kanalına ve 25 cm2 aktif alana sahip olan tek hücreli PEMYH kullanılmıştır. Deneyler anot tarafından (H2) ve katot tarafından (hava) beslenerek 60°C sıcaklıkta yapılmıştır. Maksimum güç yoğunluğu cıvata ile sıkıştırma ve pres altında sıkıştırma yöntemleri için sırasıyla 0,458 W/cm2 ve 0,480 W/cm2 olarak hesaplanmıştır. 0,6 V hücre çalışma voltajında PEMYH'nin güç yoğunluğunun 4389 N değerinde pres altında sıkıştırma yönteminin bu değere karşılık olan 1,3 Nm değerinde cıvata ile sıkıştırma yöntemine göre % 11 arttığı görülmüştür.  PEMYH'nin sıkıştırılmasında homojen bir kuvvet dağılımının hücre performansını büyük ölçüde arttırdığı belirlenmiştir.

Abstract:
Fuel cell technology ensures efficient, clean and reliable electricity generation. Among the fuel cell types, Proton Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) stands out compared to other fuel cell types due to its compatibility with portable applications and high performance at low temperatures. One of the most important factors affecting the performance of PEMYH is compression force and method. In this study, the effect of bolt compression and press compression methods on the performance of PEMFC was investigated under loads ranging from 0.4 Nm to 1.9 Nm and corresponding to these loads between 1341 N and 6340 N. Total deformation analysis was performed using ANSYS three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA) method. A single cell PEMFC with parallel serpentine (PIS) flow channel and 25 cm2 active area was tested in experimental studies using fuel cell test station. The experiments were conducted by anode (H2) and cathode (air) at 60°C. Maximum power density was calculated as 0.458 W/cm2 and 0.480 W/cm2 for bolt compression and press compression methods, respectively. At 0.6 V cell operating voltage, the power density of PEMFC increased by 11 % compared to the bolt compression method of 1.3 Nm, which corresponds to 4389 N press compression. It has been found that a homogeneous force distribution in the compression of PEMYH greatly improves cell performance.