YAKIT HÜCRESİ

HAZIRLAYANLAR: Enis Naci ÖZÇELİK 110106201037 Cihan Uyar 110106201025

İÇİNDEKİLER: Yakıt Hücresi Nedir? Yakıt Hücresi Tasarımı Yakıt Pillerinin Tercih Edilmesinin Sebepleri Yakıt Pili Çeşitleri Yakıt Pillerinin Avantaj Yakıt Pillerinin Dezavantajları Ulaşım Araclarında Kullanılması:

Yakıt Pili Nedir ? Yakıt pili özellikle 20. yüzyılın ikinci yarısında hızlı bir gelişim süreci sergilemiş yeni bir enerji üretecidir. Isı makinelerinde söz konusu olan “yakıt kimyasal enerjisi-ısı enerjisi mekanik enerji” dönüşümü yerini yakıt pilinde, “yakıt kimyasal enerjisi-elektrik enerjisi mekanik enerji” dönüşümüne bırakmaktadır. Yakıt pilinde yanma olmaksızın, elektro kimyasal bir dönüşüm ile elektrik üretilmektedir

Yakıt pili; uygun bir yakıt ve oksitleyicinin elektrokimyasal bir reaksiyonu ile elektrik enerjisi üreten bir sistemdir. Yani yakıt pili, yakıt ve havanın elektrokimyasal tepkimesi ile yakıt kimyasal enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren bir üreteçtir. Elektrolizin ters reaksiyonu olarak da tanımlanabilecek olan yakıt pili reaksiyonu sonrası, doğru akım (DC) formunda elektrik üretilir. Yakıt pilleri, elektrokimyasal bir proses ile elektrik üretiyor olmaları bakımından piller ve aküler ile benzerlik gösterirler. Piller ve aküler, içerisinde depo edilmiş olan enerjiyi elektrokimyasal bir reaksiyon ile elektrik enerjisine dönüştürürler. Sağladıkları enerji, içerisinde depo edilmiş olan enerji ile sınırlıdır. Yakıt pilleri ise yakıt ve hava sağlandığı sürece bu dönüşümü sürekli gerçekleştirebilen enerji üretim sistemidir

Yakıt Hücresi Tasarımı: Elektrot–bipolar plakalar genellikle metal (nikel veya karbon nano tüpler) olup daha yüksek verim eldesi için platin, nano demir tozu veya paladyum gibi bir katalizörle kaplanmıştır.  Karbon kâğıt bunları seramik veya suni membrandan yapılmış elektrolitten ayırır. İstenen miktarda enerji eldesi için, yakıt hücreleri seri veya paralel devreler halinde bağlanabilir. Seri devreler daha yüksek voltaj, paralel devreler daha yüksek akım çekilmesine olanak verir.

Yakıt Pillerinin Tercih Edilmesinin Sebepleri Yakıt olarak hidrojen kullanılması ve hidrojenin doğada bol bir şekilde bulunması. Atık olarak saf su buharı ve ısı açığa çıkarması Hareketli parçaların olmaması(piston, miller vs.) Sessiz çalışması Benzinli ve dizel motorlara göre veriminin daha iyi olması.

Yakıt Pili Çeşitleri: Alkali Yakıt Pili (AFC) Fosforik Asit Yakıt Pili(PAFC) Katı Oksitli Yakıt Pilleri (SOFC) Proton Değişim Membranlı Yakıt Pili (PEMFC)

1- Alkali Yakıt Pili (AFC) Bu yakıt pilinde elektrolit olarak KOH kullanılır Anot olarak Ni ve katot olarak Ag kullanılmakta olup, bu katalizörler ile güç üretimi düşüktür Alkali elektrolitlerde oksijen indirgeme kinetiği asit elektrolitlerden daha hızlıdır ve soy metal olmayan elektro katalizörlerin kullanılabilmesi AFC’yi ekonomik yapmaktadır. Elektrolitin CO2 gibi asidik safsızlıkların ortamda bulunmasına izin vermemesi emisyon oranından dolayı sorun yaratır

2-Fosforik Asit Yakıt Pili(PAFC) Elektrolitik olarak fosforik asitin kullanıldığı bu yakıt pilinde bağıl olarak temiz yakıtlar (doğalgaz,LPG) kullanılır. Soy metal elektro katalizör kullanmak gerekmektedir. Atık ısıdan yararlanabilme açısından çok avantajlıdır. En çok gelişme gösteren sistemlerdir. Çoğunlukla apartmanlar,alışveriş merkezleri gibi yerlerde elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadırlar 250 W’dan 200 kW’a kadar,24 V’luk elektrik jenaratörü şeklinde ticari olarak piyasaya sunulma aşamasındadır.Yakıt olarak doğalgaz kullanan 200 kW’lık bir PAFC sisteminde yatırım maliyeti 287 $/kW’dır.

3-Katı Oksitli Yakıt Pilleri (SOFC) SOFC’ler katı haldeki yakıt pilleridir. Hücre malzemelerinin çoğu özel seramik ve nikelden oluşmaktadır. Çalışma sıcaklığı 1000 ºC civarındadır.Yakıt olarak CO ile birleşmiş halde hidrojen kullanılmaktadır ve reaksiyon ürünü olarakta su buharı ve CO2 çıkmaktadır. SOFC’ler kombine ısı ve güç ünitesi olarak hem elektrik hem de ısının kullanılabileceği yerlerdir. 1000 ºC dahi elde edilecek buhar ile bir buhar türbini çevrimini kombine olarak birleştirebilir. Şu anda hesaplanan yatırım maliyetleri 1500 $/kW

4-Proton Değişim Membranlı Yakıt Pili (PEM) Bu tip yakıt hücrelerinde proton(hidrojen iyonu) geçirebilen membranlar(zar) kullanılmaktadır. Bir katı polimer elektrolit membran(zar) iki platin katalizörlü gözenekli elektrolit arasına yerleştirilmektedir. Diğer yakıt pillerine göre daha fazla güç yoğunluğu, düşük hacim ve düşük ağırlığa sahiptir. Yakıt pilinde elektrolit olarak ince polimer bir zar kullanılır. Mikron düzeyinde kalınlığa sahip olan membran, proton geçirgen bir yapıdadır. Çalışma sıcaklıkları 100°C’in altında olup genellikle 60-80°C aralığındadır.

YAKIT PİLLERİNİN AVANTAJLARI Çevresel kirlilik oranı düşüktür Enerji üretim verimi oldukça yüksektir. Farklı yakıtlarla çalışabilir. (Doğal gaz, LPG, Borhidrür, Metanol, Etanol) Egzoz ısısı (atık ısı) yeniden kazanılabilir. Modüler yapıdadır. Geleceğe yönelik olarak gelişme potansiyeli oldukça yüksektir.

YAKIT PİLLERİNİN DEZAVANTAJLARI Üretim maliyeti fazladır. Hidrojen üretim tesislerinin az olması ve depo- lanmasında bazı sorunların oluşması. Bugün için yeterli sayıda üreticinin olmaması.

Ulaşım Araclarında Kullanılması: Bu teknolojiyle araçlarda bildiğimiz piston, silindir ve krank mili gibi hareketli parçalar olmamakla birlikte ayrıca aracın sessiz çalışması, düşük emisyon ve otto ya da dizel motora göre veriminin daha yüksek olması otomobillerde kullanılmasını kaçınılmaz kılmaktadır. Yakıt pili ile çalışan bir araca 160 litre saf hidrojen doldurulduğunda ortalama 400–430 km yol almakta ve çıkabileceği maksimum hız ise 160 km/h’dir