Yakıt pillerinde kullanılan bipolar plakaların hesaplamalı akışkan analizi

Abstract

Son yıllarda fosil enerji kaynaklarının yol açtığı problemler nedeniyle dünyada yenilenebilir enerji konusu üzerine gittikçe artan bir ilgi vardır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş, rüzgar gibi sürekliliği olmayan alternatif enerji kaynaklarının kullanımında enerjinin depolanması ihtiyacı hidrojen enerjisinin kullanımını gündeme getirmiştir. Hidrojen enerjisi, yeryüzünde varolan bir enerji kaynağı olmamakla birlikte mevcut birçok enerji kaynağından yararlanarak üretilip depolanabilen ve tekrar enerjiye dönüştürülmesi sürecinde atık olarak su üreten ve böylece çevre kirliliği açısından neredeyse rakipsiz olan bir ara enerji formudur.Hidrojen enerjisi konusundaki araştırmaların en ağırlıklı kısmını yakıt pilleri oluşturmaktadır. Yakıt pilleri yüksek verim, yan ürün olarak su çıkarması ve sessiz çalışması gibi avantajlara sahiptir. Yakıt pilleri; güç santralleri, otomobiller, dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları gibi farklı ölçekte güç gerektiren yerlerde kullanılabilir. Yakıt pilleri içerisinde düşük sıcaklıklarda çalışmaları ve yüksek verimleri sebebiyle en çok ilgiyi çekenlerden biri Polimer Elektrolit Membran (PEM) yakıt pilleridir.Yapılan bu çalışmada sonlu hacim metodu kullanılarak üç boyutlu, kararlı halde çalışan bir Polimer Elektrolit Membran (PEM) yakıt pili modeli kurulmuştur. Model kurulduktan sonra süreklilik, sınır bölge atamaları oluşturulmuş ve daha sonra paket programa gönderilerek hesaplamalı akışkan dinamiği (HAD) analizi yapılmıştır. Deneysel ve teorik I-V eğri sonuçları matematiksel modelin doğruluğu açısından karşılaştırılmıştır. Analiz sonucunda elde edilen reaktant kütle akışı ve akım yoğunluğu dağılımının irdelemesi yapılmış, akım ve kütle korunumunun sağlandığı görülmüştürIn recent years, there is an increasing interest in topic of renewable energies because of the problems caused by usage of fossil energy resources. Energy storage becomes a necessity when the discontinuous renewable energy resources, like solar and wind energy, are used. At this point, hydrogen serves as an energy store. Although the hydrogen source does not exist in the earth, it can be produced from different energy resources and it can be stored and used again to produce electricity with a side product of water. Therefore it is almost a perfect energy form from the environmental point of view.The subject of fuel cells is one of the main research topics in hydrogen energy. Fuel cells have some advantages like high efficiency, water production as a waste, and noiseless operation. Fuel cells have different applications for different magnitude of powers like automobiles, laptops and cell phones. One of the most popular fuel cells is polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells because of their high efficiency and running at low temperatures.In this study 3D steady state mathematical model is developed for a PEM fuel cell by using finite volume method. After a model, continuum and boundary zone assignments are made and the model is sent to a software package to analyse of the (CFD) computational fluid dynamics. Theoretical I-V curve results obtained from the mathematical model are verified with the real time performance measurements.After the results of analysis, reactant mass flow and current density distribution are examined, conservation of current and mass are obtained.