SELAHATTİN ÇELİK, MAHMUT ALKAN

KATI OKSİT YAKIT PİLİNDE YAKIT KULLANIM VERİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Katı oksit yakıt pilleri (KOYP) yüksek enerji dönüşüm verimlerine sahip enerji üreteçleridir. Yakıt pillerine gönderilen hidrojen ve hava miktarının arttırılması performansı iyileştirmektedir. Bununla birlikte, kullanılmayan yakıt miktarı da arttığından yakıt kullanım verimliliği düşmektedir. Bu çalışmada farklı debi değerlerinde bir katı oksit yakıt pilinin yakıt kullanım verimi araştırılmıştır. Debi değişimi yakıt kullanım verimini önemli derecede etkilediği gibi sabit debilerde çalışma potansiyelinin de yakıt kullanım verimini etkilediği görülmüştür. Literatürde geliştirilen KOYP pillere ait yakıt kullanım verimi değerlerinin, genelde hangi voltaj ve debide elde edildiği yazmamaktadır. Bu durum güce endeksli olmayıp sonuçların yanıltıcı olmasına neden olabilmektedir. Bu çalışmada güce endeksli yakıt pili verimleri karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir. Yüksek voltaj aralığında yakıt kullanım veriminin %85’lere kadar çıktığı gözlemlenmiş olup bu verimlilikte 90 mW.cm-2 güç yoğunluğuna ulaşılmıştır. Yüksek güç yoğunluklarında (225 mW.cm-2) ise yakıt kullanım veriminin oldukça düştüğü (%30 verim) tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Katı oksit yakıt pili, yakıt kullanım verimi, performans

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF FUEL UTILIZATION IN SOLID OXIDE FUEL CELL

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are energy generators with high energy conversion efficiencies. Increasing the amount of hydrogen and air sent to the fuel cells improves performance. However, since the amount of unused fuel increases as a result of the increase in the hydrogen supply, the fuel utilization efficiency decreases. In this study, the fuel utilization efficiency of a solid oxide fuel cell at different flow rates is investigated. It is found that the change in flow rate has a significant effect on the fuel utilization efficiency and the fuel utilization is also affected by operating voltage at constant flowrates. The literature on SOFCs do not generally describe the voltage and flowrate values where the resultant fuel utilization is obtained. This situation is based on the power but it can cause the results to be misleading. In this study, the power based fuel cell efficiencies are compared. It is observed that up to 85% of the fuel utilization efficiency can be achieved in the high operating voltage range and 90 mW.cm-2 peak power density is obtained at this efficiency. At high operating power densities (225 mW.cm-2), on the other hand, the fuel utilization efficiency was found to be very low (30%).

Keywords:

Solid oxide fuel cells, fuel utilization efficiency, performance,

PDF

___

[1] ÇELİK, S. “Katı Oksit Yakıt Pillerinde Elektrot/Elektrolit Arayüzey Dinamiğinin İncelenmesi” Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, 2013.
[2] FANG Q., BLUM L., PETERS R., PEKSEN M., BATFALSKY P., STOLTEN D., “SOFC Stack Performance Under High Fuel Utilization”, International Journal of Hydrogen Energy, 40, 1128-1136, 2015.
[3] ESPOSİTO A., RUSSO L., KANDLER C., PİANESE C., LUDWİG B., STEİNER N. Y., “High Fuel Utilization in Solid Oxide Fuel Cells: Experimental Characterization and Data Analysis with Continuous Wavelet Transform”, Journal of Power Sources, 317, 159-168, 2016.
[4] LEE S., KİM H., YOON K. J., SON J. W., LEE J. H., CHOİ W., HONG J., KİM B.K, “The Effect of Fuel Utilization on Heat and Mass Transfer within Solid Oxide Fuel Cells Examined by Three-Dimensional Numerical Simulations”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 97, 77-93, 2016.
[5] HORNES A., TORRELL M., MORATA A., KENDALL M., KENDALL K., TARANCON A., “Towards a High Fuel Utilization and Low Degradation of Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cells”, International Journal of Hydrogen Energy, 47, 13889-13901, 2017.
[6] MİLEWSKİ J., ŚWİRSKİ K., SANTARELLİ M., LEONE P., Advanced Methods of Solid Oxide Fuel Cell Modeling, Springer-Verlag London, 2011.
[7] BARBİR F., PEM Fuel Cell Theory and Practice (1st ed.), Elsevier, 2005.
[8] THORSTENSEN B., “A Parametric Study of Fuel Cell System Efficiency Under Full and Part Load Operation”, Journal of Power Sources, 92, 9-16, 2001.
[9] MENCH M. M., Fuel Cell Engines, Wiley, 2008.
[10] ERTUGRUL T.Y., CELIK S., MAT M.D., “Effect of Binder Burnout on the Sealing Performance of Glass Ceramics for Solid Oxide Fuel Cells”, Journal of Power Sources, 242, 775-783, 2013.