Yakıt pillerinde elektrot performansının matematiksel modellemesi
The Mathematical modelling of electrode performance in fuel cells
Yazar: BURCU DİDEM ÇORBACIOĞLU
Danışman: PROF. DR. SELAHATTİN GÜLTEKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2001
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Elektrotlar = Electrodes ; Katalizörler = Catalysts ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
ÖZET Bu çalışmada, farklı hidrojen gaz akış debilerinde % 25 'ten % 30'a kadar değişen KOH konsantrasyonlarında ve 20°C'den 55°'ye değişen sıcaklık aralıklarında özel hazırlanmış Ni- gözenekli elektrodun yatışkın olmayan durumdaki davranışları incelenmiştir. Nikel- düz tabaka yardımcı elektrot olarak kullanılmıştır. Sıcaklık arttıkça elektrodun daha hızlı yatışkın hal potansiyeline eriştiği gözlenmiştir. Ni/PTFE elektrot havada okside olur, bu sebeple yüzeyi NiO ile kaplıdır. Bu oksidin elementel Nikel' e indirgenmesi elektrokatalitik olarak gerçekleşir. Yüzeyde Nikel miktarı arttıkça daha fazla akım üretilir. Nikelin yüzeyde kaplanma yüzdesi (6)'yı gözetlemek için, belli zaman aralıklarında anot ile referans elektrotları arasındaki voltaj değerleri alınmıştır. Otokatalitik reaksiyon hız kanununa göre; d0/dt=k0(l-0)C w. reaksiyon ifadesinde (1- 0) yüzeydeki NiO yüzdesi ve C*H2 elektrolitteki hidrojenin çözünürlüğüdür. Yukarıdaki eşitliğin integralinin alınmasıyla denklem İn [0 /(l-0)]=at + b haline gelir. Üretilen voltaj, 0 ile orantılı olduğundan, son eşitlik İn [\7 (m-V)]= at + b haline gelir, buradaki m, a ve b sabitleri MATHCAD Paket Programı kullanılarak bulunmuştur. Deneysel veriler önerilen model denklemine oldukça iyi uymuştur. İndirgenme için aktivasyon enerjileri de saptanmıştır. Anahtar Kelimeler: Yakıt pili, elektrot potansiyeli, matematik modelleme, Ni/PTFE gözenekli gaz difüzyon elektrodu

Abstract:
ABSTRACT Specially prepared Ni- porous electrode used in this study has been investigated for its unsteady-state behaviour at the temperature ranges from 20°C to 55°C, and KOH electrolyte concentrations from 25 % to 30% with different hydrogen-gas flow rates. Ni-flat plate electrode has been used as counter electrode in the fuel cell. It has been observed that the higher the temperature, the faster electrode reaches the steady- state voltage. Fresh Ni/PTFE electrode surface is normally oxidized in air; therefore, the surface is covered with NiO. Reduction of this oxide to elemental Ni is accomplish in situ electrocatalytically. The more Ni at surface, the more voltage generated. Voltage readings were taken between anode and referance electrode at certain time intervals to follow the fractional surface coverage of Ni (0 ). According to the an autocatalytic reaction rate law the reaction expression was d9/dt=k0(l-8)C*H2, where (1- 0) is the fraction of NiO on the surface and C*H2 is the solubility of hydrogen in the electrolyte. Upon integration of the above equation one gets In [0 /(l-0)]=at + b. Since voltage generated is proportional to 0, this last equation becomes In [V/ (m-V)]= at + b where constants m, a and b are determined by using the MATHCAD package program. Experimental data fit the proposed model equation reasonably well. The activation energy for the reduction was also determined. Key Words: Fuel cell, electrode potantial, mathematical modelling, Ni/PTFE porous gas difusion electrode