Yakıt Hücresi (Pilleri)

... konulu sunumlar: "Yakıt Hücresi (Pilleri)"— Sunum transkripti:

1 Yakıt Hücresi (Pilleri)
Hazırlayan: Engin TUNÇEL DEÜ İmyo Yakıt Pilleri Hazırlayan:Engin Tunçel

2 Yakıt Pilleri Hazırlayan:Engin Tunçel
Yakıt pili olarak da adlandırılan bu sistemler ilk olarak 1839 yılında William Grove tarafından bulunmuş ve yaklaşık olarak 120 yıl ilgi görmeden kalmıştır. Ancak uzay programları çerçevesinde tekrar ele alınmış ve geliştirilmiştir. Yakıt Pilleri Hazırlayan:Engin Tunçel

3 Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri
Yakıt pilleri; elektrikli ve hibrid taşıtlarda tahrik için kullanılan elektrokimyasal akülerdir. Taşıtta tek başına da kullanılmakta olan yakıt hücreleri enerjiyi kimyasal olarak depo eder. Akülere benzer olarak üretilen yakıt hücrelerinde; anot, katot ve elektrolit bulunmaktadır. Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

4 Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri
Yakıt hücrelerinde zaman geçtikçe kullanım performansında bir azalma meydana gelmez ve yeniden şarj gerektirmezler. Yakıt ve bunu oksitleyici tedarik edildiği sürece elektrik üretmeye devam eder. Elektrik üretimi anot ve katot yardımı ile hidrojen ve oksijenin reaksiyonu ile sağlanır. Reaksiyon sonunda su ve ısı enerjisi açığa çıkar. Gerekli oksijen havadan sağlanırken, hidrojen ise kullanılan yakıttan sağlanır. Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

5 Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri
Yakıt Pili Çeşitleri Fosforik asit yakıt pili (PAFC), Katı polimer (solid polymer) yakıt pili (SOFC), Alkali yakıt pili (AFC), Proton değişim membranlı yakıt pili (PEM), Doğrudan metanol kullanılan yakıt pili (DMFC) dir. Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

6 Fosforik asit yakıt pili (PAFC)
Anot ve katot yardımı ile hidrojen ve oksijenin reaksiyona girmesi sonucu elektrik enerjisi üretilir. Hidrojen gazı bünyesindeki iki elektron serbest kalır ve (+) yüklü hidrojen iyonları oksijenle birleşerek su oluşur. Reaksiyon ısısı oldukça yüksektir. Ancak yüksek sıcaklıkta sistem hücre ısısını daha iyi dışarı atar ve verim daha iyidir. Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

7 Katı Polimer Yakıt Hücresi (SOFC)
General Motor ve Allied Signal firmaları tarafından geliştirilmekte olan bu yakıt hücresinde, anot için gerekli hidrojen metan gazından sağlanmaktadır. Elektrolit olarak katı polimer kullanılabilmektedir. Reaksiyon sonucunda su ve CO (karbon monoksit) gazı oluşmaktadır. Ancak CO zehirli bir gazdır. Her iki elektrotta da pahalı bir element olan platin kullanılmaktadır. Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

8 Yakıt hücresine sahip bir motorun avantajları
Çevre dostudur ve reaksiyonlar sonunda dışarıya egzoz olarak oksijen atılır. Yakıt tüketimi yönünden çok daha ekonomiktir. Ülke ekonomisinin dışa bağımlılığını azaltır. Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

9 Yakıt hücresine sahip bir motorun dezavantajları
İçten yanmalı motora göre daha pahalıdır. Kulanım ömrü şu an için düşüktür. Farklı tiplerde yakıt hücreleri gelişmiş ülkelerde deneme aşamasında olup, yaygınlaşması uzun sürebilir. Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

10 Yakıt Hücresi Grubu animasyonu
Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

11 İlk yakıt hücreli otomobil Honda FCX
Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

12 Yakıt Hücreli Otomobil
Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

13 Yakıt hücreli otobüs Mecedes Citaro
Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

14 Yakıt hücreli otobüs Mecedes Citaro
Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

15 Yakıt hücreli otobüs Mecedes Citaro
Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

16 Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri
Honda FCX Clarity Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

17 Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri
Honda FCX Clarity Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

18 Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri
Honda FCX Clarity Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

19 2008 Chevrolet Equinox FCEV Fuel Cell
Hazırlayan:Engin Tunçel Yakıt Pilleri

20 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Yakıt hücreleri, kimyasal reaksiyon yoluyla elektrik üreten ve yakıt olarak hidrojen, metanol gibi maddeler kullanan cihazlardır. Hidrojen yakıt hücreleri yan ürün olarak sadece su üreten son derece çevre dostu cihazlardır. Hidrojen yakıt hücreleri ilk olarak uzay mekikleri ve diğer yüksek teknoloji uygulamalarında temiz ve etkili güç kaynağı gerekli olduğu zaman kullanılmaya başlandı. Ama günümüzde hidrojen yakıt hücreleriyle çalışan arabalarla, otobüslerle  seyahat ediyoruz.

21 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Malzemeler: 38 cm uzunluğunda platin kaplı nikel tel veya saf platin tel Bir adet tahta çubuk. dondurma çubukları olabilir 9 voltluk pile uygun uçlu kablo Bir adet 9 voltluk pil Biraz bant Bir bardak su Bir adet voltmetre

22 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Yapılışı: Öncelikle platin kaplı teli 2 parçaya kesin ve her iki parçayıda bir tornavida ya da çivi yardımıyla sarmal hale getirin. Bu ikisi bizim yakıt hücremizin elektrotları olacak.

23 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
İkinci aşamada kabloların iki tarafını da ikiye kesiyoruz ve kesik uçların izolasyonlarını sıyırıyoruz. Daha sonra resimde görüldüğü gibi çıplak uçları platin elektrotların üzerinde büküyoruz ve hepsini tahata çubuğa yapıştırıyoruz.

24 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Son olarak çubuğu bir bardak suyun üzerine elektrotlar büyük oranda suya girecek kadar yapıştırıyoruz. Büktüğümüz kablo uçları suya kesinlikle değmemeli. Yani sadece platin tel suyun içinde olmalı. Şimdi kırmızı kabloyu voltmetrenin pozitif terminaline bağlıyoruz ve siyah kabloyu da negatif terminaline bağlıyoruz. Bu noktada voltmetre “0” voltu okumalıdır. 0,01 gibi çok ufak değerdeki bir voltaj da kabul edilebilir. Yakıt hücremiz artık tamamlandı.

25 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Yakıt hücremizi çalıştırmak için hidrojen baloncuklarının bir elektroda, oksijen baloncuklarının da diğer elektroda tutunmasını sağlamamız gerekir. Bunun sağlamanın çok kolay bir yolu var. 9 voltluk pili klipse değdirip çekmek yeterli olacaktır. Pili klipse değdirmek elektroliz adı verilen bir işlemin oluşmasına yani suyun atomları olan hidrojen ve oksijene ayrışmasına neden olacaktır. Pil takılıyken elektrotlarda baloncuklar oluştuğunu görebilirsiniz. İşte bunlar hidrojen ve oksijen baloncuklarıdır.

26 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Şimdi pili çıkartıyoruz. Eğer platin tel kullanmıyor olsaydık voltajın tekrar “0” değerine düşmesini beklerdik çünkü artık herhangi bir elektrik kaynağıyla bağlantımız yok. Fakat voltaj “0” değerine düşmüyor. Platin katalizör görevi görerek hidrojen ve oksijenin tekrar birleşmesini sağlar. Hidroliz reaksiyonu tersine döner. Hücreye elektrik vererek suyu ayırmak yerine hidrojen ve oksijen birleşerek tekrar su oluşturur ve elektrik üretir.

27 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Yakıt hücremizden ilk başta 2 volta yakın bir değer alırız. Baloncuklar patladıkça, suyun içerisinde çözüldükçe veya reaksiyon tarafından kullanıldıkça voltaj düşer. Voltaj ilk başta hızlı düşer daha sonra düşüş yavaşlar.

28 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Birkaç dakika sonra baloncuklar sadece elektrik üretmek amacıyla reaksiyon tarafından kullanıldığından voltaj daha yavaş düşmeye başlar. Gördüğünüz üzere 9 voltluk pilden elde ettiğimiz enerjiyi hidrojen ve oksijen baloncukları olarak depoluyoruz. Hidrojen ve oksijeni farklı bir kaynaktan elektrotlara besleyerekte elektrik alabiliriz. Yada gün boyunca bir güneş paneli yardımıyla elektroliz yaparak elde ettiğimiz hidrojen ve oksijeni gece elektrik üretmek için kullanabiliriz. Dahası gazları elektrikle çalışan arabalardaki yüksek basınçlı bir tankta depolayıp, arabanın ihtiyacı olduğu elektiriği yakıt hücresinden üretmesini sağlayabiliriz.

29 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Nasıl oluyor? Bu projede süregelen iki konu var. Birincisi elektroliz yani suyun hidrojen ve oksijene ayrışması ve ikincisi bu gazların tekrar birleşerek elektrik üretmesi. Pilin negatif kutbuna bağlı olan elektrot pil tarafından itilen elektronlara sahiptir. Buradaki dört elektron dört su molekülüyle birleşir. Bu dört su molekülünün her biri iki molekül hidrojen oluşturmak için bir molekül hidrojen atomu bırakır ve geriye dört negatif yüklü OH- iyonu salar.

30 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Hidrojen gazı elektrotda baloncuk şeklinde ortaya çıkar ve negatif yüklüler negatif yüklü elektrottan göç ederler. Diğer elektrotta pilin pozitif kutbu su moleküllerinden elektronları çeker. Su molekülleri pozitif yüklü hidrojen atomlarına ve oksijen moleküllerine ayrışır. Oksijen molekülleri baloncuk şeklinde toplanır ve protonlar pozitif yüklü elektrottan göç ederler Protonlar negatif elektrottaki OH- iyonlarıyla birleşerek tekrar su moleküllerini oluştururlar.

31 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Yakıt Hücresi Pili çıkarttığımız zaman baloncuk şeklinde elektroda tutunan hidrojen molekülleri platinin katalitik özelliğiyle kırılarak pozitif yüklü hidrojen iyonlarını (H+ veya proton da denir) ve elektronları oluşturur.

32 Kendi hidrojen yakıt hücreni yap
Diğer elektrotta platin yüzeye tutunan oksijen baloncukları metalden elektron çeker ve daha sonra sudaki hidrojen iyonlarıyla( diğer elektrottaki reaksiyondan) su oluşturmak için birleşir. Oksijen elektrodu her  oksijen molekülü için iki elektron kaybetti. Hidrojen elektrodu her hidrojen molekülünden iki elektron kazandı. Hidrojen elektrodundaki elektronlar pozitif yüklü oksijen elektroduna çekildi. Elektronlar sudan çok metalden daha iyi geçtiklerinden teli tercih ederler ve elektrik akımını telden alırız. Teldeki elektrikte bir ampulu aydınlatmada kullanılabilir.