Yakıt pilli elektrikli araçlar için gözenekli akış alanlı bipolar plakaların geliştirilmesi
Porous for electric vehicles with fuel cells development of flow field bipolar plates
Yazar: İBRAHİM KENAN UZUNKOCA
Danışman: PROF. DR. HANBEY HAZAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Taşıt Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles

Özet:
Bu tez çalışmasında, geleceğin temiz enerji kaynaklarından biri olan yakıt hücrelerinin birim aktif 
alanından daha yüksek bir akım/güç yoğunluğu elde edilmesine yönelik AP tasarımları yapılmıştır. Bu 
amaçla literatürde dikkat çeken açık gözenekli malzemelerin kullanıldığı bir akış alanı tasarımı yapılmıştır. 
Hücrenin aktif alanında reaktant akışını yönlendiren bu gözenekli alanlar ile katalizör yüzeyinde daha 
dengeli bir reaktant dağılımının sağlanması amaçlanmıştır. Buna ek olarak katalizör yüzeyindeki reaktant 
yoğunluğunun arttırılması da hedeflenmiştir. Bu şekilde hücreden elde edilen akım yoğunluğu değerlerinde 
artış sağlanarak, hücrenin üretmiş olduğu güç çıkışını arttırılması amaçlanmıştır. 
Tasarımsal olarak belirlenen AP modelleri CATIA programında üç boyutlu olarak modellenerek, 
ANSYS programında yakıt hücreleri simüle edilmiştir. Modellemelerde tek hücreli bir yakıt hücresi yapısı 
oluşturulmuştur. ANSYS programında, yakıt hücrelerinin akım yoğunluğu değerleri, basınç, sıcaklık, 
hidrojen, oksijen ve su dağılımları elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamındaki üretilen 
modeller literatürde sıklıkla kullanılan üçlü serpantin modeline sahip bir yakıt hücresi ile kıyaslanmıştır.  
Serpantin modelli AP' ye sahip, tek hücreli yakıt hücresine kıyasla daha yüksek net güç çıkışı 
sağlayan model en verimli AP modeli olarak kabul edilmiştir. Çalışma kapsamında geliştirilen AP modeli, 
üretilmiş ve tek hücreli bir yakıt pili yapısı oluşturularak deneysel olarak test edilmiştir.  
Sonuçlar, gözenekli alanların PEMFC' lerde akış alanı olarak kullanılmasının hücrenin elektriksel 
performansı üzerinde olumlu sonuçlar oluşturduğunu, akım ve güç yoğunluğu değerlerini arttırdığını 
göstermiştir. 
Anahtar Kelimeler: Yakıt hücreleri, Akış plakası, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Gözenekli akış alanı.

Abstract:
In this thesis, AP designs aimed at achieving higher current/power density from the unit active area 
of fuel cells, one of the clean energy sources of the future, have been developed. For this purpose, a flow 
field design utilizing open-pore materials, which have attracted attention in the literature, has been created. 
It is intended that these porous regions, which direct the flow of reactants in the active area of the cell, 
provide a more balanced distribution of reactants on the catalyst surface. Additionally, increasing the 
reactant density on the catalyst surface is also targeted. In this way, it is aimed to increase the power output 
produced by the cell by increasing the current density values obtained from the cell. 
The AP models, determined through design, were modeled in three dimensions using the CATIA 
program, and fuel cells were simulated in the ANSYS program. In the modeling, a single-cell fuel cell 
structure was created. In the ANSYS program, current density values, pressure, temperature, hydrogen, 
oxygen, and water distributions of the fuel cells were obtained and compared. The models produced within 
the scope of the study were compared with a fuel cell that has a triple serpentine model, which is frequently 
used in the literature. 
The model with the AP that provides a higher net power output compared to the single-cell fuel cell 
with the serpentine model was accepted as the most efficient AP model. The AP model developed within 
the scope of the study was produced and experimentally tested by creating a single-cell fuel cell structure. 
The results showed that the use of porous regions as a flow field in PEMFCs had positive effects on 
the electrical performance of the cell, increasing the current and power density values. 
Keywords: Fuel cells, Flow plate, Computational fluid dynamics, Porous flow field.