Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Molla Asmare ALEMU
Danışman: Mustafa İlbaş
Özet:
Bu çalışmada COMSOL Multiphysics programı aracılığıyla doğrudan amonyak yakıtlı silindirik katı oksit yakıt pilinin üç boyutlu sayısal modeli geliştirilmiştir. Ayrıca, modeli doğrulamak ve amonyak yakıtlı pillerin performansını karakterize etmek için deneysel bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmanın ana amacı amonyak yakıtlı oksijen iletimli elektrolit performansının proton iletken elektrolit pillerle karşılaştırmaktadır. Model performansı aynı çalışma parametreleri altında hidrojen yakıtı ile de karşılaştırılmıştır. Buna göre, bulgular amonyakla çalışan proton iletken pilin oksijen iletimli yakıt piline göre 1073K'nın altında daha yüksek performansa sahip olduğunu göstermektedir. Öte yandan, oksijen iletken elektrolite sahip yakıt pili performansı 1073K'nın üzerindeki sıcaklıklarda proton iletken pilden daha üstündür. Ayrıca, model doğrulaması da gerçekleştirilerek deneysel ve sayısal çalışmaların birbiri ile oldukça uyumlu olduğu görülmüştür. Farklı elektrolitler kullanılarak çeşitli değişkenlerin silindirik yakıt pilleri üzerindeki etkilerini incelenmek için parametrik analizler yapılmıştır. Sonuçlar sıcaklık, basınç, silindir uzunluğu, silindir iç çapı, reaktant konsantrasyonu, elektrot ve elektrolit kalınlığının pil performansında büyük etkileri olduğunu göstermektedir. Diğer taraftan, elektrot gözenekliliği, anot ve katot basınç düşüşünün yakıt pili performansı üzerinde önemli bir etkisi bulunmamaktadır. Aynı zamanda, silindirik yakıt pil çapının pil katmanlarının dışında inşa edilen anot elektrotunun tüm desteklerde daha iyi performansa sahip olduğu gözlenmiştir. Bu arada, anot elektrot pilin iç çapında olduğunda elektrolit, anot ve katot destekli doğrudan amonyak besleme yakıt pillerinin maksimum güç yoğunlukları sırasıyla 36,75, 89,64 ve 126,94mW/cm2 'dir. Ancak, anot elektrot yakıt pilinin dış çapına yerleştirildiğinde sırasıyla elektrolit, anot ve katot destekli yakıt pili için 44,1, 124,4 ve 142,68mW/cm2 güç yoğunluğu bulunmuştur. Bu yüzden, anot pozisyonunun performans üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu görülmektedir. Benzer çalışma koşullarında, farklı destekler ve elektrolitler kullanılarak amonyak ve hidrojen yakıtları kullanılan pillerin performansı sayısal olarak karşılaştırılmıştır. Katot destekli silindirik yakıt pilleri hem elektrolit hem de anot destekli yakıt pillerine kıyasla daha üstün performans göstermiştir. Diğer dikkat çekici sonuç ise anot destekli pillerin güç performansının, anot elektrot tabakasının silindirin dış kısmında inşa edildiğinde diğer tüm desteklerden daha iyi bir iyileşme göstermesidir. Elektrolit destekli yakıt pillerinin performansının tüm çalışma koşullarında daha düşük performansa sahip olduğu da bulunmuştur. Bulgulara göre doğrudan amonyak yakıtlı pilleri tüm anot ve elektrolit yapılarında hidrojen yakıtlı pillerden daha iyi performans göstermiştir.
Anahtar Kelimeler : Modelleme, Amonyak, Elektrolit, Silindirik Katı Oksit Yakıt Pili