PEM yakıt hücresi diziliminde grafit akış kanallı gaz difüzyon tabakasının malzeme özelliklerinin incelenmesi
Investigation of material properties of graphite flow channel gas diffusion layer in PEM fuel cell array
Yazar: LEYLA EROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. TOLGA TANER
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Bipolar yapılar = Bipolar structures ; Difüzyon = Diffusion ; Grafitler = Graphites ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Bu çalışma, PEM yakıt hücresi için farklı tasarımlara sahip grafit akış plakalarının malzeme özelliklerini sunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, PEM yakıt hücreleri için gerekli elektriksel iletkenliği sağladığını göstermektir. Yakıt hücrelerinin performansları, yakıt hücresini oluşturan bileşenlerin malzeme özelliklerinden etkilenmektedir. Akış plakaları PEM yakıt hücresinde önemli bileşenlerden biridir. Reaksiyona girecek gazlar akış plakaları üzerinden gaz difüzyon tabakası aracılığıyla katalizör tabakaya iletilmektedir. Ayrıca hücrede üretilen elektriğin iletilmesinde de önemli bir role sahiptirler. Bu çalışmada, farklı akış alanı tasarımına sahip 4 grafit plakanın malzeme özellikleri SEM, EDS, TGA analizleri ile ve elektriksel iletkenliği dört nokta ölçüm tekniği ile ortaya konmuştur. Plakaların SEM görüntüleri grafitin katmanlı yapısını ortaya koyarken, EDS analizi sonucunda karbon dışında herhangi bir elemente rastlanmamıştır. Plakaların TGA analizi sonucunda PEM yakıt hücresinin termal kararlılık açısından son derece kararlı olduğu ve nem kaybı (% 0.40-% 4.40) dışında herhangi bir kütle değişimi olmadığı gözlenmiştir. Hücrenin elektriksel iletkenliği, farklı ölçümler neticesinde 678.17 [S cm-1] ve 847.71 [S cm-1] olarak elde edilmiştir. Böylece, bu çalışma ileride PEM yakıt hücresi akış kanalları ile ilgili yapılacak çalışmalara bir model oluşturmuştur.

Abstract:
This study presents the material properties of graphite flow plates with different designs for the PEM fuel cell. The aim of this study is to provide the necessary electrical conductivity for fuel cells. The performance of fuel cells is affected by the material properties of the components that make up the fuel cell. Flow plates are one of the key components in a PEM fuel cell. The gases to be reacted are transmitted to the catalyst layer via the gas diffusion layer over the flow plates that also play an important role in the transmission of electricity produced in the cell. In this study, the material properties of 4 graphite plates with different flow field designs were revealed by SEM, EDS, TGA analyzes and their electrical conductivity was revealed by four-point measurement technique. While SEM images of the plates reveal the layered structure of graphite, no element other than carbon was found as a result of EDS analysis. As a result of the TGA analysis of the plates, it was observed that the PEM fuel cell was extremely stable in terms of thermal stability and there was no mass change except moisture loss (0.40-4.40%). The electrical conductivity of the cell was obtained as 678.17 [S cm-1] and 847.71 [S cm-1] as a result of different measurements. Thus, this study has formed a model for future studies on PEM fuel cell flow channels.