Buhar
enerjisinin sanayide kullanılmaya başlanmasıyla beraber fosil yakıtların önemi
artmıştır. Fakat özellikle son günlerde küresel ısınma sorunu dünyada ciddi
olarak hissedilmektedir. Bu sorunun en önemli sebebi de fosil yakıtların
yakılmasıyla açığa çıkan zararlı emisyonlardır. Dünya bu sorunu ortadan
kaldırmak amacıyla çeşitli alternatif enerji kaynaklarına yönelmiştir.
Alternatif enerji dönüştürücüleri arasında yer alan PEM yakıt hücrelerine olan
ilgi artmaktadır. Bu çalışmada, iki hücreli PEM yakıt hücresi yığını
performansına stokiyometri oranının etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Her
biri 5,4 cm2 aktif alana sahip iki yakıt hücresi seri bağlanarak gaz akış
kanalları paralel olacak şekilde belirlenip yığın haline getirilmiştir. Sayısal
hesaplamalar yapılıp çeşitli potansiyel fark değerlerinde (1 V, 1,2 V, 1,4 V,
1,6 V, 1,8 V) beş farklı stokiyometri oranı (“1,5”, “2”, “2,5”, “3”, “3,5”)
kullanılarak sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Beş farklı stokiyometri
değeri için polarizasyon eğrileri ve güç-akım yoğunluğu eğrileri elde
edilmiştir. Ayrıca sabit bir voltajdaki stokiyometri oranının etkisini
görebilmek için en fazla güç miktarının elde edildiği 1Volt değerinde dört
farklı stokiyometrik oran ile oluşan membran sıcaklık dağılımı, anot kütle
kesri dağılımı ve katot kütle kesrinin dağılımları elde edilmiştir. Bu çalışma
ile stokiyometrik oranın artmasıyla birlikte akım yoğunluğunun arttığı, bu
artış oranının azalarak devam ettiği görülmüştür. En yüksek güç değerine ise
3,5 stokiyometrik oranında ve 1 V değerinde ulaşılmıştır. Bununla birlikte
artan stokiyometrik oranla beraber membran sıcaklığında kısıtlı artış
gerçekleşirken anot ve katot kanallarında hidrojen ve oksijen dağılımlarının
daha homojen hale geldiği görülmüştür.
The
importance of fossil fuels has increased with the use of steam energy in
industry. But especially in recent days, the problem of global warming is being
felt seriously in the world. The most important reason for this problem is
harmful emissions caused by burning fossil fuels. The world has turned to various alternative
energy sources in order to eliminate this problem. Interest in PEM fuel cells,
which are among alternative the energy converters, has been increasing. In this
study, the effect of stoichiometry ratio on the performance of two-cell PEM
fuel cell stack was analyzed numerically. Two fuel cells each with an active
area of 5.4 cm2 were connected in series, and the gas flow channels
were determined in parallel and stacked. Numerical analysis was performed with
five different stoichiometry ratios (1.5, 2, 2.5, 3, and 3.5) at various cell
voltage values (1 V, 1.2 V, 1.4 V, 1.6 V, 1.8 V). Polarization and
power-current density curves were obtained for five different stoichiometry
ratio values. In addition, in order to see the effect of the stoichiometry
ratio on a constant voltage, temperature distribution of the membrane, the
anode and the cathode mass fraction distributions formed by four different
stoichiometric ratios at 1 Volt, where the maximum amount of power is obtained.
With this study, it was observed that current density increased with the
improvement in the stoichiometric ratio and the amount of this increment
continued to decrease. The highest power value was obtained at the stoichiometric
ratio of 3.5 and 1 V potential difference value. However, with the increasing
stoichiometric ratio, it was concluded that hydrogen and oxygen distributions
became more homogeneous in the anode and cathode channels while a limited
increase in membrane temperature occurred.
