Serpantin kanallı PEM yakıt hücresinin sayısal analizi

Günümüzde sağlık ve çevresel kaygıların yanı sıra enerji ihtiyacının artışı ve enerji kaynaklarının sınırlı olması, enerji üretimi için daha verimli, daha temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla uyumlu yeni nesil enerji teknolojileri için araştırmalar başlatmıştır. Yakıt hücrelerinin yüksek verimlilik, yüksek akım yoğunluğu, düşük emisyon değerlerine sahip olmaları ve sessiz çalışmaları nedeniyle en umut verici enerji dönüştürme teknolojisi olduğu düşünülmektedir.Bu çalışmada serpantin kanallı PEM yakıt hücresi tek fazlı, izotermal olmayan, kararlı halde ve üç-boyutlu olarak analiz edilmiştir. PEM yakıt hücresi, anot ve katot tarafı için gaz kanalı, akım toplayıcı plaka, gaz difüzyon tabakası, katalizör tabakası ve membran tabakasını içeren dokuz tabakadan oluşmaktadır. Simülasyonlar için ANSYS FLUENT 12.1 paket programı kullanılmıştır. Simülasyonlar iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada farklı gaz kanalı genişlikleri ve membran kalınlıkları için simülasyonlar yapılmıştır. Uygun gaz kanalı genişliği ve membran kalınlığı belirlendikten sonra anot giriş nemliliği, reaktan gaz giriş sıcaklığı, çalışma basıncı ve gaz giriş yönü gibi işletme parametrelerinin yakıt hücresi performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Bu parametrik çalışmalardan elde edilen sonuçlar polarizasyon eğrileri üzerinde gösterilmiş olup, analiz sonuçları sıcaklık, basınç, akım yoğunluğu, hız ve konsantrasyon dağılımları (H2, O2 ve H2O kütle kesirleri) grafikler ile sunulmuştur. Analiz sonuçları literatürdeki benzer çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Simülasyonlar gaz kanalı genişliği, anot giriş nemliliği, reaktan gaz giriş sıcaklığı ve çalışma basıncındaki bir artışın hücre performansını artırdığını göstermiştir. Aynı zamanda anot gazları ve katot gazları akışının zıt yönde olması hücre performansı üzerinde olumlu etkiye sahiptir. Buna karşın membran kalınlığının artışı hücre performansının azalmasına neden olmaktadır.Anahtar Kelimeler : PEM yakıt hücresi, sayısal akışkanlar dinamiği, serpantin kanal