Pem tipi yakıt hücrelerinin performans parametrelerinin ve nanoakışkanlar ile soğutulmasının etkisinin sayısal olarak incelenmesi

Dünyanın enerji ihtiyacı giderek artmakta ve mevcut kaynaklar, bu artışı karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Kimyasal enerjiyi düşük emisyon ve yüksek verimlilikle elektrik enerjisine dönüştürebilen yakıt pilleri iyi bir alternatif enerji kaynağı olabilir. Son zamanlarda, proton değişim membranlı yakıt hücreleri (PEMFCler) taşınabilirlik, sıfır emisyon, yüksek verimlilik ve düşük sıcaklıkta çalışma nedeniyle tercih edilmektedir. Çalışma sıcaklığı, yakıt hücresi performansını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu sebeple, sıcaklık artışı nedeniyle oluşan performans düşüşünü engellemek için yakıt hücresinin soğutulması gerekir. Soğutma, yakıt hücresi sıcaklığını düşürerek FC'nin performansını artırırken, çalışma sıcaklığını da homojen yaparak ömrünü uzatabilir. Bu teorik çalışmada; PEM tipi bir yakıt hücresinin performans parametrelerinin incelenmesi ve yakıt hücresinin performansının, sıvı akışkan/nanoakışkan kullanılarak yapılan soğutma ile değişiminin nümerik olarak araştırılması hedeflenmiştir. Bunun için MATLAB programı kullanılarak PEMFC'nin performans eğrileri oluşturulmuş ve sonuçlar bazı deneysel çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra yakıt hücresi, Fluent©'de modellenmiş ve sonuçlar, deneysel bir çalışma ile karşılaştırılmıştır. Yakıt hücresinin soğutulması ile ilgili çalışmalar ise Fluent©'de gerçekleştirilmiştir. Fluent©'deki simülasyonlar, üç farklı soğutma kanalı geometrisi için ve üç farklı akışkan/nanoakışkan için gerçekleştirilmiştir. Buna göre, serpantin soğutma kanalının en etkin soğutmaya sahip olduğu bulunmuştur. Ayrıca, zikzak kanalın, düz kanala göre daha iyi bir soğutma performansına sahip olduğu görülmüştür. Kanal sayısının artmasıyla daha etkin bir soğutma sağlandığı tespit edilmiştir. Bu çalışmada, nanoakışkanların soğutma performansı da gözlemlenmiştir. Buna göre, alüminyum dioksit-su, soğutmada en iyi performansı göstermiştir. Ayrıca, bakır oksit-su ise su ile soğutmaya göre daha iyi bir performans sergilemiştir. Soğutma, FC'deki sıcaklık dağılımını homojen hale getirmiş, anot ve katottaki sıcaklıkları düşürmüştür.