Farklı akış alanı tasarımlarının yakıt pili performansına etkisinin deneysel ve sayısal incelenmesi

Bu tez kapsamında yakıt pillerinin ağırlıkça %80 ini oluşturan bipolar plakalar üzerindeki akış kanallarının iyileştirilmesi ve geometrik optimizasyonu üzerine sayısal ve deneysel bir çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda kullanılacak olan Membran Elektrot Grubu (MEA) tez kapsamında hazırlanarak tüm deneylerde kullanılmıştır. Deneysel çalışma kapsamında; literatürde güncel olarak kullanılan tekli serpantin tipi akış alanına sahip yakıt pili imal edilmiş ve imalatı yapılan yakıt pili 70 °C pil sıcaklığı, 1 atm basınç, %100 nemlendirme ve 0.25 lt/dk şartlarında test edilmiştir. Aynı geometri sayısal olarak çözümlenerek deneysel verilerle karşılaştırılmış ve sayısal model doğrulanmıştır. Geleneksel tekli serpantin tipi akış alanına sahip yakıt pili performansını iyileştirmek üzere 4 adet özgün akış alanına sahip model tasarlanarak öncelikle sayısal, sonra da deneysel olarak test edilmiştir. Elde edilen performansı en yüksek tasarım üzerinde geometrik parametrelerin etkisini sayısal olarak araştırmak üzere; kanal yüksekliği, kanal genişliği ve akış alanı/temas yüzeyi oranı; Yanıt Yüzey Yöntemi ile analiz edilmiştir. Akım yoğunluğunu maksimum, basınç düşümünü minimum yapacak hedef fonksiyonlara göre optimum kanal geometrisi elde edilmiştir. Elde edilen bu geometrinin pil sıcaklığı ve debisi değiştirilerek performansı deneysel olarak belirlenmiştir. Çalışma kapsamında tasarımı yapılan ve optimize edilen akış alanına sahip yakıt pillerinde geleneksel tek serpantin tipli yakıt piline göre akım yoğunluğu deneysel olarak %22.9 artmıştır.