Doğrudan metanol yakıt hücresinin kinetik modellenmesi ve modelin doğrulanması

Abstract

Doğrudan Metanol Yakıt Hücresi gelecekte alternatif enerji kaynakları arasında yer alacaktır. Bu sebeple, DMYH'nin veriminin artırabilmesi için DMHY'nin optimum çalışma koşulları belirlenmelidir.Bu çalışmanın ilk kısmında, DMYH'nin incelenmesinde temel durum deney tasarımı yapıldı. Metanol ve hava akış hızı, sıcaklık ve metanol derişimleri değiştirilerek polarizasyon eğrileri çıkartıldı. Sabit akımda çalıştırılan doğrudan metanol yakıt hücresinde metanol derişimi ve yakıt hücresi sıcaklığı değiştirilerek, bu değişkenlerin yakıt hücresi performansına olan etkileri gözlemlendi. Ayrıca membrandan geçen metanol, su ve CO2 akıları da hesaplandı. Yakıt kullanım verimi, elektrik enerjisi, Faraday verimi ve yakıt verimi ilgili denklemler kullanılarak bulundu. En yüksek yakıt verimliliği 55 0 C'de ve 1 M metanol derişiminde elde edildi. Metanol derişimi ve sıcaklık arttıkça, yakıt verimliliğinin azaldığı görüldü. Güç yoğunluğu ile yakıt veriminin doğru orantılı olmadığı da bulundu.Çalışmanın 2.kısmında, deneyler sırasında yakıt hücresinden numuneler alınarak (sıvı-gaz) kromatografi yöntemiyle metanol ve diğer ara ürünler (formaldehit ve formik asit gibi) tespit edilerek, zamana göre derişimleri hesaplandı. Buradan elde edilen verilerle, üç kinetik şema çkarılıp, bilinmeyen parametreleri regresyon yoluyla hesaplandı. Kinetik şemaların geçerliliği deney verileriyle doğrulandı. Ayrıca, kinetik şemadan yola çıkarak reaksiyonun mekanizması tahmin edildi.

Direct Methanol Fuel Cell will be one of the alternative energy sources in the future. Therefore, optimum operating conditions of DMFC must be determined to improve the efficiency of DMFC.In first section of this study, base case design was used while making experimental plan. Polarization curves were drawn by changing methanol and air volumetric flow rates, temperature of fuel cell and concentration of methanol. How the concentration of methanol and the temperature of fuel cell affect on performance of fuel cell at constant current were analyzed. Furhermore, the fluxes of methanol, water and CO2 through the membran and also fuel utilization efficiency, electrical energy, Faradaic efficiency and fuel efficiency were calculated at constant current. The highest fuel efficiency was found that in the case of 1 M concentration at 55 0 C temperature. Increasing of the methanol concentration and temperature of fuel cell, fuel efficiency was decreased. It was also found that the power density is not direct proportional to the fuel efficiency.In second section of this study, samples were taken from fuel cell and were analysed using chromatographic methods. Concentration of methanol, formic acid and also formaldehyde were calculated with respect to time. Three kinetic schemes were obtained by using these experimental data. Unknown kinetic parameters were calculated via regression. Kinetic schemes were validated by experimental data. Furthermore, reaction mechanism was estimated from kinetic shemes.