Elektrikli araçlarda kullanılan yakıt hücreleri için özgün akış plakalarının hücre performansı üzerindeki etkilerinin araştırılması

Enerji ihtiyacının her geçen gün artması, sürdürülebilir ve çevre dostu enerji teknolojilerinin önemini ön plana çıkarmaktadır. Dünya genelinde yaygın olarak kullanılan fosil yakıtlar; yüksek karbon emisyonları, hava kirliliği ve sınırlı rezervleri nedeniyle uzun vadede güvenilir bir enerji kaynağı olarak değerlendirilememektedir. Kömür, petrol ve doğal gaz gibi geleneksel enerji kaynaklarının olumsuz çevresel etkileri, yenilenebilir ve temiz enerji teknolojilerine yönelimi zorunlu kılmaktadır. Bu kapsamda güneş, rüzgâr ve hidrojen gibi çevreye duyarlı kaynakların kullanılması sürdürülebilirlik açısından kritik bir rol üstlenmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarına dönüştürülen teknolojiler arasında proton değişim membranlı yakıt pilleri (PEMFC), sahip oldukları avantajlı özellikler sayesinde dikkat çekmektedir. PEMFC sistemleri; yüksek enerji dönüşüm verimliliği, düşük çalışma sıcaklıkları, hızlı tepki süreleri ve sessiz çalışma özellikleri ile öne çıkmakta; ayrıca yan ürün olarak yalnızca su açığa çıkarmaları nedeniyle çevreye zarar vermemektedir. Bu çalışmada, bipolar plakanın anot ve katot kanallarına yerleştirilen gözenekli blokların, yakıt hücresindeki sıcaklık ve basınç dağılımları üzerindeki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, beş farklı hücre voltajı altında sayısal modeller oluşturulmuş ve ilgili I-V karakteristik eğrileri elde edilmiştir. Analizler, ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle yürütülmüştür. Çalışmada, 50 cm² aktif alana sahip üç boyutlu tek hücreli bir PEM yakıt hücresi modellenmiştir. Elde edilen bulgular, gözenekli blokların yerleştirildiği serpantin kanal tasarımının, standart serpantin geometriye kıyasla daha yüksek akım yoğunluğu sağladığını göstermiştir. Özellikle 0,4 V hücre voltajında akım yoğunluğunda %9,95 oranında bir artış gözlenmiştir. Bunun yanında, gözenekli blokların bulunduğu bölgelerde yerel sıcaklık yükselmeleri kaydedilmiştir. Ayrıca, gözenekli bloklu modelde basınç düşümünün, standart serpantin modele göre daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.