İnsansız hava araçlarına yönelik PEM yakıt hücresinin performansının iyileştirilmesinin deneysel analizi
Experimental analysis of performance improvement of PEM fuel cells for unmanned aerial vehicles
Yazar: SELMAN İLBEYOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN GÜRBÜZ
Şırnak Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Artan dünya nüfusu, enerjiye olan ihtiyacın da aynı hızla artmasına neden olmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının kullanımı, sera etkisi, küresel ısınma ve asit yağmurları gibi çevreye ciddi zararlar vermektedir. Ayrıca, bu kaynakların sınırlı olması, insanları alternatif enerji kaynaklarına yönelmeye zorlamaktadır. Alternatif enerji kaynakları arasında en önemlilerinden biri yakıt hücreleridir. Yakıt hücreleri, elektrokimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek yüksek verimlilik sağlar ve çevreye zarar vermez. Temel olarak iki elektrot arasına yerleştirilen elektrolitten oluşan yakıt hücrelerinin verimliliği, çeşitli parametrelere bağlıdır. Bu hücreler arasında Proton Elektrolit Membranlı (PEM) yakıt hücresi, düşük işletme sıcaklıklarında yüksek performans göstermesi ve kolay taşınabilir olması nedeniyle öne çıkmaktadır. Bu çalışmada 5 cm2 aktif alana ve Nafion 212 Membrana sahip tek hücreli bir PEM yakıt hücresi kullanılarak oda sıcaklığında 0,5 bar ve 2 bar sabit basınç altında ve farklı işletme sıcaklıklarında deneyler yapılmıştır. Yapılan deneylerde ortaya çıkan değerler, hassas ölçüm cihazlarıyla kayıt altına alınmış ve deney sonuçları analiz edilmiştir. Analiz edilen deney sonuçları, PEM yakıt hücrelerinin optimal çalışma sıcaklığının 80°C civarında olduğunu ve bu sıcaklığın hem yüksek güç yoğunluğu hem de kararlı hücre gerilimi sağladığını göstermektedir. 2 bar sabit basınç, 0,5 bar basınca göre daha yüksek performans sağlamaktadır. Ancak, basınç artışının sistem maliyetleri ve güvenlik üzerindeki etkileri de dikkate alınmalıdır. Ayrıca, literatürde yapılan benzer çalışmaların sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve benzer değerler elde edildiği gözlemlenmiştir. Bu çalışmada yüksek sıcaklıklarda elde edilen performans artışının pratik uygulamalarda malzeme dayanıklılığı ve uzun ömür açısından dikkatle değerlendirilmesi gerektiği vurgulanmıştır.

Abstract:
The increasing world population is causing a corresponding rise in the demand for energy. The use of fossil energy sources causes serious environmental damage such as the greenhouse effect, global warming, and acid rain. Additionally, the limited availability of these resources is forcing people to turn to alternative energy sources. Among these, one of the most important is fuel cells. Fuel cells convert electrochemical energy into electrical energy, providing high efficiency and causing no harm to the environment. The efficiency of fuel cells, which consist primarily of an electrolyte placed between two electrodes, depends on various parameters. Among these cells, the Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell stands out due to its high performance at low operating temperatures and ease of portability. In this study, experiments were carried out at room temperature, under constant pressures of 0.5 bar and 2 bar and at different operating temperatures, using a single-cell PEM fuel cell with 5 cm2 active area and Nafion 212 Membrane. The values obtained from the experiments were recorded using precise measurement devices, and the experimental results were analyzed. The analyzed experimental results indicate that the optimal operating temperature for PEM fuel cells is around 80°C. This temperature provides both high power density and stable cell voltage. 2 bar constant pressure provides higher performance than 0.5 bar pressure. However, the effects of pressure increase on system costs and safety must also be taken into account. Additionally, the results were compared with similar studies in the literature, and it was observed that similar values were obtained. In this study, it is emphasized that the performance increase achieved at high temperatures should be carefully evaluated in terms of material durability and longevity in practical applications.