Düzlemsel ve Silindirik Katı Oksit Yakıt Pillerinin Sayısal Karşılaştırılması

Katı oksit yakıt pilleri (KOYP), düzlemsel ve silindirik şeklinde olmak üzere birçok farklı geometride tasarlanabilen yüksek verimli bir güç üretim sistemidir. Çalışma performansları aynı prensiplere dayanmakla birlikte, parametreler her geometri için farklıdır. Bu çalışma, sonlu elemanlar yöntemi (FEM) tabanlı KOYP modelleri geliştirerek hücre konfigürasyonunun performans üzerindeki sayısal etkilerini araştırmaktadır. Konfigürasyonun yakıt hücresi üzerindeki etkileri voltaj, ortalama hücre akım yoğunluğu ve ortalama hücre gücü açısından incelenmektedir. Bu etkiler, COMSOL yazılımı kullanılarak polarizasyon ve güç eğrileri ile gösterilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda, her iki tipte kendi avantajlarına sahip olmasına rağmen, verilen işletme şartlarında düzlemsel KOYP performansının silindirik KOYP performansından daha iyi olduğu söylenebilir.

Numerical comparison of planar and microtubular solid oxide fuel cells

Solid oxide fuel cell (SOFC) is a highly efficient power generation system that can be designed in many different geometriesincluding planar and tubular types of fuel cell. Although their operating performance is based on the same principles, parametersmay be unique for each geometry. This study investigates numerically effects of cell configuration on performance by developinga finite element method (FEM) based SOFC models. The effects of configuration on the fuel cell are investigated in terms ofvoltage, the average cell current density, and the average cell power. These effects are illustrated with polarization and powercurves by using COMSOL software. As the most convenient results of this study, although both types have their own advantages,it can be concluded that the performance of the SOFC increases with the planar geometry compared to micro-tubular type underthe studied operating conditions.

___

  • [1] Torabi A., Etsell T. H., Sarkar P., “Dip coating fabrication process for micro-tubular SOFCs”, Solid State Ionics, 192 (1): 372-375,(2010).
  • [2] Mench M.M., “Fuel Cell Engines”,Wiley, USA, 525s, (2008).
  • [3] Nam J.H., Jeon D.H., “A comprehensive micro-scale model for transport and reaction in intermediate temperature solid oxide fuel cells”, Electrochimica Acta, 51 (17), 3446– 3460,(2006).
  • [4] Costamagna P, Costa P, Antonucci V., “Micro-modeling of solid oxide fuel cell electrodes”, Electrochimica Acta , 43: 375–94,(1998).
  • [5] Yakabe H., Hishinuma M., Uratani M., Matsuzaki Y., Yasuda I., “Evaluation and modeling of performance of anode-supported solid oxide fuel cell”, Journal of Power Sources, 86(1–2): 423–431,(2000).
  • [6] Cui D., Yang C., Huang K., Chen F., “Effects of testing configurations and cell geometries on the performance of a SOFC: A modeling approach”, International Journal of Hydrogen Energy, 35(19): 10495–10504 (2010).
  • [7] Liu S., Kong W., Lin Z., “Three-dimensional modeling of planar solid oxide fuel cells and the rib design optimization”, Journal of Power Sources, 194(2): 854- 863,(2009).
  • [8] Cui D., Liu L., Dong Y., Cheng M., “Comparison of different current collecting modes of anode supported micro-tubular SOFC through mathematical modeling”, Journal of Power Sources, 174(1): 246–254, (2007).
  • [9] Serincan M.F., Pasaogullari U., Sammesb N.M., “Effects of operating conditions on the performance of a micro-tubular solid oxide fuel cell (SOFC)”, Journal of Power Sources, 192(2): 414–422, (2009).
  • [10] Akhtar N., Decent S., Kendall K., “A parametric analysis of a microtubular, single-chamber solid oxide fuel cell (MT-SC-SOFC)”, International Journal of Hydrogen Energy, 36(1): 765-772,( 2011).
  • [11] Aman A., Gentile R., Xu Y., Orlovskaya N.,” Parametric Study of Electrolyte-Supported Planar Button Solid Oxide Fuel Cell”, Comsol Reference Guide (2012).
  • [12] Homel M, Gür TM, Koh JH, Virkar AV. “Carbon monoxide-fueled solid oxide fuel cell”, Journal of Power Sources,195(19): 6367-6372, (2010).
  • [13] Ilbas M, Kümük B. “Numerical modelling of a cathodesupported solid oxide fuel cell (SOFC) in comparison with an electrolyte-supported model”. Journal of the Energy Institute, 92(3): 682-692,(2019).
  • [14] Ilbas M, Kümük B. “Modelling and analysis of a model solid oxide fuel cell running on low calorific coal gases”. International Journal of Hydrogen Energy, 45(5): 3577- 3583, (2020).
  • [15] Ilbas M, Kümük B, Alemu MA, Arslan B. “Numerical investigation of a direct ammonia tubular solid oxide fuel cell in comparison with hydrogen.”, International Journal of Hydrogen Energy, In Press.
Politeknik Dergisi-Cover
  • ISSN: 1302-0900
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1998
  • Yayıncı: GAZİ ÜNİVERSİTESİ