Yakıt pilli elektrikli araçlar için gözenekli akış alanlı bipolar plakaların geliştirilmesi

Bu tez çalışmasında, geleceğin temiz enerji kaynaklarından biri olan yakıt hücrelerinin birim aktif alanından daha yüksek bir akım/güç yoğunluğu elde edilmesine yönelik AP tasarımları yapılmıştır. Bu amaçla literatürde dikkat çeken açık gözenekli malzemelerin kullanıldığı bir akış alanı tasarımı yapılmıştır. Hücrenin aktif alanında reaktant akışını yönlendiren bu gözenekli alanlar ile katalizör yüzeyinde daha dengeli bir reaktant dağılımının sağlanması amaçlanmıştır. Buna ek olarak katalizör yüzeyindeki reaktant yoğunluğunun arttırılması da hedeflenmiştir. Bu şekilde hücreden elde edilen akım yoğunluğu değerlerinde artış sağlanarak, hücrenin üretmiş olduğu güç çıkışını arttırılması amaçlanmıştır. Tasarımsal olarak belirlenen AP modelleri CATIA programında üç boyutlu olarak modellenerek, ANSYS programında yakıt hücreleri simüle edilmiştir. Modellemelerde tek hücreli bir yakıt hücresi yapısı oluşturulmuştur. ANSYS programında, yakıt hücrelerinin akım yoğunluğu değerleri, basınç, sıcaklık, hidrojen, oksijen ve su dağılımları elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamındaki üretilen modeller literatürde sıklıkla kullanılan üçlü serpantin modeline sahip bir yakıt hücresi ile kıyaslanmıştır. Serpantin modelli AP' ye sahip, tek hücreli yakıt hücresine kıyasla daha yüksek net güç çıkışı sağlayan model en verimli AP modeli olarak kabul edilmiştir. Çalışma kapsamında geliştirilen AP modeli, üretilmiş ve tek hücreli bir yakıt pili yapısı oluşturularak deneysel olarak test edilmiştir. Sonuçlar, gözenekli alanların PEMFC' lerde akış alanı olarak kullanılmasının hücrenin elektriksel performansı üzerinde olumlu sonuçlar oluşturduğunu, akım ve güç yoğunluğu değerlerini arttırdığını göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Yakıt hücreleri, Akış plakası, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Gözenekli akış alanı.