AKIŞ KANALI TASARIMININ PEM YAKIT PİLİ PERFORMANSINA ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Yakıt pili sisteme dışarıdan sağlanan hidrojen ve havanın elektrokimyasal reaksiyon gerçekleşmesi ile kimyasal enerjisini doğrudan elektrik ve ısı formunda kullanılabilir enerjiye çeviren güç üretim elemanıdır. Akış plakaları yakıt pillerinde Membran Elektrot Grubu (MEG) için gazların dağılımının sağlanmasında ve oluşan akımın ve suyun toplanmasında kullanılan MEG’den sonra en önemli sistem parçasıdır. Ayrıca akış plakaları yakıt pilinin ısıl yönetimi için de kullanılmaktadır. Tüm bu işlemleri aynı anda yapan akış plakasının üzerinde bulunan kanalların geometrik tasarımı, gaz dağılımını, oluşan suyun toplanmasını ve ısı dağılımını doğrudan etkilediği için çok önemlidir. Bu çalışmada, PEM yakıt pili için farklı akış geometrisine sahip akış plakaları imal edilerek farklı basınç değerlerinde performans testleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar, basınçlı çalıştırılan çoklu serpantin akış plakası tasarımının en iyi sonucu verdiğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler:

PEM yakıt pili, basınç, akış kanalı tasarımı, performans

INVESTIGATION OF FLOW CHANNEL DESIGN EFFECTS ON PEM FUEL CELL PERFORMANS

The fuel cell is a power generation unit which converts chemical energy directly into electricity and heat in the form of usable energy by the electrochemical reaction under hydrogen and air supplied. The flow plates are the most important part of the system after the Membrane Electrode Group (MEG) used for the distribution of the gases and the collection of the current and water in the fuel cells. The flow plates are also used for the thermal management of the fuel cell. The geometric design of the channels on the flow plate, which performs all of these operations at the same time, is very important because it directly affects the gas distribution, water collection and the heat dissipation. In this study, flow plates with different flow geometry of the fuel cell are fabricated and performance tests are performed at different pressures. The experimental results indicated that the multi-serpentine flow plate design with pressure is found to exhibit the highest performance.

Keywords:

PEM fuel cell, pressure, flow channel design, performance,

PDF

___

[1] HONTANON E., ESCUDERO M.J., BAUTISTA C., GARCIA-YBARRA P.L., DAZA L., “Optimisation of Flow-Field in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells Using Computational Fluid Dynamics Techniques”, Journal of Power Sources, 86, 363-8, 2000.
[2] KUMAR A., REDDY R.G., “Effect of Channel Dimensions and Shape in The Flow-Field Distributor on The Performance of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells”, Journal of Power Sources, 113, 11-8, 2003.
[3] PELLEGRI A., SPAZIANTE P.M., “Bipolar Separator For Electrochemical Cells And Method Of Preparation Thereof”, Google Patents, 1980.
[4] JOHNSON M.C., WILKINSON D.P., KENNA J., VANDERLEEDEN O.R., ZIMMERMAN J., TABATABAIAN M., “Differential Pressure Fluid Flow Fields For Fuel Cells”, Google Patents, 2003.
[5] YANG J.Y.S., DESANCTIS G.D., WOODCOCK G.R., REHG J.T., “Fuel Cell Having İmproved Condensation and Reaction Product Management Capabilities”, Google Patents, 2003.
[6] MARIANOWSKI L.G., “Sheet Metal Bipolar Plate Design for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells”, Google Patents, 2001.
[7] CAVALCA C., HOMEYER S.T., WALSWORTH E., “Flow Field Plate For Use in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell”, Google Patents, 1997.
[8] WATKINS D.S., DIRCKS K.W., EPP D.G., “Fuel Cell Fluid Flow Field Plate”, Google Patents, 1992.
[9] WOODCOCK G., ISSACCI F., REHG T., “Fuel Cell Flow Field Design”, Google Patents, 2004.
[10] ROCK J.A., “Serially-Linked Serpentine Flow Channels for Pem Fuel Cell”, Google Patents, 2001.
[11] BAI D., CHOUINARD J.G., ELKAIM D., “Flow Field Plate for Use in Fuel Cells”, Google Patents, 2009.
[12] REISER C.A., SAWYER R.D., “Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell Stack Water Management System”, Google Patents, 1988.
[13] REISER C.A., “Water and heat management in solid polymer fuel cell stack”, Google Patents, 1989.
[14] SPURRIER F.R., PIERCE B.L., WRIGHT M.K., “Fuel Cell Plates with İmproved Arrangement of Process Channels for Enhanced Pressure Drop Across the Plates”, Google Patents, 1986.
[15] SARIPELLA B.P., KOYLU U.O., LEU M.C., “Comparisons of Performances and Liquid Water Distributions within Bio-Inspired and Single-Serpentine Pem Fuel Cell Channels”, Proceedings of the Asme 13th Fuel Cell Science, Engineering, and Technology Conference, 2016.
[16] GROT W., Fluorinated Ionomers (2nd ed.), William Andrew Publishing, Pennsylvania, USA, 2011. [17] http://www.members.fchea.org/core/import/PDFs/Technical%20Resources/MatComp%20Single%20Cell%20Test%20Protocol%2005-014RevB.2%20071306.pdf (erişim tarihi 01.12.2017).