Tek kanallı polimer elektrolit membranlı yakıt pillerinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of single-channel polymer electrolyte membrane fuel cell
Yazar: HAYRİ BURAK YALIN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. LÜTFÜ NAMLI
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İnsanoğlu bu zamana kadar enerjinin değişik türlerinden yararlanmış ve geçen süre içerisinde yeni enerji arayışlarına girmiştir. Bu arayışlar bilim adamlarını yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiştir.Hidrojen enerjisi konusunda son yıllarda çalışmaların en çok yakıt pilleri konusunda yapıldığı görülmektedir. Yakıt pilleri, fosil yakıtlarda elektrik enerjisi üretiminde hem yeni, hem de verimli dönüşüm gösterdiğinden gelecek vaat etmektedir. Yakıt pilleri, güç santralleri, dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları gibi farklı alanlarda kullanılabilirler. Yakıt pilleri arasında özellikle PEM'ler (polimer elektrolit membranlı) yüksek verimde ve düşük sıcaklıklarda çalışabildikleri için üzerlerinde en çok çalışma yapılan pil çeşitleridir.Yapılan bu çalışmada GAMBIT programında dört farklı model oluşturulup bu yapılar ANSYS FLUENT 12.1 programına aktarılarak sayısal veriler elde edilmiştir.Başlangıçta mevcut bir PEM pili baz alınarak bu pile ait sıcaklık, su derişimi ve akım değerleri elde edilmiş daha sonrasında ise membran kalınlığı değiştirilerek aynı parametrelerle farklı değerler elde edilmiş ve mevcut durumdaki PEM pili ile karşılaştırma yapılmıştır.Son olarak anot ve katot kesit alanları farklı iki model oluşturularak membranda oluşan su değerleri ve pillerdeki akım değeri analiz edilip karşılaştırılmıştır.Sonuç olarak, kuramsal olarak hazırlanan PEM yakıt pili modelinde membran kalınlığının değişimin su oluşumunu doğrudan etkilediğini ve anot ve katot kesin alanlarındaki değişiminin pilde oluşan sıcaklığı doğrudan etkilediği ve temas yüzey alanın artması su oluşumunu artırmış ama oluşan akım değerinde bunun paralelinde artmıştır.

Abstract:
Humankind has benefited from different kinds of energy until this time and in this passing time, he has begun a quest of new energy. This searching has directed the scientists into renewable energy sources.The latest studies on hydrogen energy are about fuel cells. They give hopes because they have both new and productive conversion on electric energy generation of fossil fuels. They can be used on different areas such as power plants, laptops and cell phones. Especially PEMs (with proton electrolyte membrane) are the most studied cell kinds among fuel cells since they can be studied in high efficiency and low temperature.In this study, four different models were formed in GAMBIT programme and numerical data was obtained by utilizing ANSYS FLUENT 12.1 programme.Initially on the basis of the current battery in a PEM the temperature, the water concentration and the current values of this battery were obtained, later the different values were obtained with the same parameters by changing the membrane thickness, and comparisons were made with the current state of PEM cell.Finally, water values of membrane and the current value of the batteries were analysed and compared by creating two different cross-sectional areas of the anode and cathode.In the results section the results on how to achieve the best yield for PEM fuel cell were obtained and suggestions were made to get a better numerical data.As a result, it is understood that change in the thickness of the membrane as a theoretical model of the PEM fuel cell directly affects the formation of water and change in cross-sectional areas of the anode and cathode directly affects the temperature of battery. Increased surface area contact with the water also increased the formation of water but flow value increased in parallel with it.