Alkali yakıt pilinde bileşen-başarım ilişkisi

Abstract

Bu çalışmanın ilk aşamasında alkali yakıt pili teknolojisi incelenmiş Ve açık literatür en yeni çalışmaları da kapsayacak şekilde irdelenmiştir. Başlıca teknik sorunlar ortaya konulmuş ve çözüm arayışları, voltaj, akım ve güç yoğunluğu gibi başarım ölçütleri de dikkate alınarak sunulmuştur, ikinci aşamada ise hidrojen ve oksijen gazlarından elektrik akımı üreten bir alkali yakıt hücresi tasarlanmış ve elektrot başarımını test etmek üzere bir deney düzeneği kurulmuştur. Bu çalışmada test edilen bütün elektrotlar çift katlı, teflon katkılı, gaz geçirgen tipte olacak şekilde ve yaş açma yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Bu çalışma ile elektrot bileşimi ve üretim yöntemi değiştirilerek yakıt hücresinin başarımının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Yakıt hücresinin voltaj-akım özellikleri, 25-80 °C arasında değişen sıcaklıklarda, yatışkın halde ölçülmüştür, ölçülen açık devre voltajı ve voltaj karakteristiği literatür değerleri ile benzeşmektedir. Bunun yanı sıra çalışma sıcaklığı 25 °C'den 60 °C'ye çıkarıldığında hücre voltajı derece başına ortalama 4 mV kadar artmıştır. Çalışma süresince hazırlanan elektrotların kalınlıkları 0.96- 1.70 mm arasında değişmiş olup, elektrot kalınlığının başarım üzerine beklenildiği derecede önemli bir etkisi görülmemiştir. Bununla beraber elektrotların hazırlanmasında, daha önce literatürde uygulaması bulunmayan ksilen kullanılarak voltaj-akım değerleri artırılmıştır. En uygun sonuçlar katalizör tabakasında 1.25 mg/cm2 platin, ağ. % 21 PTFE, % 79 karbon ve %25 oranlarında amonyum bikarbonat içeren elektrot ile elde edilmiştir. Voltaj akım özelliklerinin elektrotta kullanılan malzemelerin miktar ve özelliklerinden ve üretim yönteminden etkilendiği, özellikle bağlayıcı yüzdesinin ve sinterleme şartlarının başarımı yüksek elektrotların üretilmesinde oldukça kritik parametreler olduğu görülmüştür.In the first part of this work, the alkaline fuel cell technology is examineâ«aû£Ltfüf public literature including the most recent studies has been reviewed. The major technical problems are stated as well as the solutions are discussed by taking care of the performance parameters such as voltage, current and power density. In the second part, an alkaline fuel cell, which generates electrical current from hydrogen and oxygen gasses and an experimental setup are constructed to test the performance of electrodes. All the electrodes tested in this study are double layered, teflon bonded, gas diffusion type and prepared by using wet rolling method. The voltage-current characteristics of the fuel cell are measured at temperatures varying between 25-80 °C at steady state conditions. The open circuit voltage and voltage characteristics of the fuel cell are similar with the values reported in the literature. When the operating temperature is increased from 25 to 60 °C, the cell voltage is increased approximately 4 mV/°C. During the work, the thicknesses of the electrodes are changed between 0.96-1.70 mm indeed changing the thickness of electrodes has no detectable effect on the performance of the electrodes as would be expected. Especially, the xylene used in the preparation of electrodes, improved the voltage-current results. The optimum results are obtained with the electrode containing 1.25 mg/cm2 platinum, 21 % PTFE, 79 % carbon and 25 % ammonium bicarbonate in the catalyst layer. It is observed that the voltage-current characteristics are affected by the properties and the amount of materials used and the manufacturing method, especially the PTFE amount and sintering conditions is found to be critical parameters in obtaining high performance electrodes.