Verim ve Açık Devre Gerilimi

... konulu sunumlar: "Verim ve Açık Devre Gerilimi"— Sunum transkripti:

1 Verim ve Açık Devre Gerilimi
Şekilde görüldüğü gibi, elektriksel enerji kolayca hesaplanabilir. Kimyasal enerjiler ise entalpi, Helmholtz fonksiyonu ve Gibbs serbest enerji değerlerine göre hesaplanır. Gibbs serbest enerjisi, basınç ve/veya hacim değişimleriyle elde edilen işten farklı olarak iş yapabilme enerjisi olarak tanımlanabilir. Yakıt hücresinde, dış devre üzerinden elektronların hareketini içerir. Gibbs serbest enerji değişimi Gf ile gösterilir. Bu değişim reaksiyona giren(reaktant) ve çıkanların(ürün) gibbs serbest enerji değerlerinin farkıdır. Gf = Gf (ürünler) - Gf (reaktantlar)

2 Yakıt Hücresi için Basit Hidrojen/Oksijen tepkimesi:
veya Gf = Gf (ürünler) - Gf (reaktantlar)

3 Eger Yakıt hücresinde hiç kayıp yoksa, yani işlemler tersinir ise, Gibbs serbest enerjisinin tamamı elektrik enerjisine dönüşür. Bu ideal duruma göre, tersinir Açık Devre Gerilimini bulacağız. Bir yakıt hücresinde, üretilen her su molekülü ve kullanılan her hidrojen molekülü için 2 elektron devreden geçer. Yani kullanılan 1 mol Hidrojen içim 2N elektron geçer (N Avagadro sayısıdır x 1023 molekül/mol). Bir elektronun yükü –e (1.602 x Coulombs/elektron) ise, toplam transfer edilen yük: F: faraday sabitidir ve değeri Coulombs/elektron-mol’ dür. E yakıt hücresinin gerilimi ise, yapılan elektriksel iş: Elektriksel iş= yük x gerilim = -2FE joules Eger sistem tersinir ise yapılan iş Gibbs serbest enerjisine eşit olacaktır. Böylece:

4 Örneğin 200 oC çalışan bir yakıt hücresinin tersinir açık devre gerilimi:
Diğer Yakıt Hücreleri Ve Bataryalar İçin Açık Devre Gerilimi Radyo ve diğer taşınabilir uygulamalarda kullanılan alkali batarya için:

5 Yakıt pili verimi genellikle aşağıdaki gibi tanımlanır.
Anottaki reaksiyon için: Yakıt pili verimi genellikle aşağıdaki gibi tanımlanır. Burada dikkat edilmesi gereken nokta Hidrojenin yanması ile oluşan suyun sıvı veya gaz olmasıdır.

6 Buradaki durum Üst Isıl Değer ve Alt Isıl Değerden kaynaklanmaktadır
Buradaki durum Üst Isıl Değer ve Alt Isıl Değerden kaynaklanmaktadır. Alt ısıl değerin kullanılması durumunda verim yüksek çıkacaktır. Tabloda, Hidrojen yakıtlı hücreler için Üst Isıl değere göre , maksimum verim limiti görülmektedir. Maksimum gerilim (E) önceki formülden hesaplanır.

7 Bu değerler %100 verim şartlarında elde edilmiştir
Bu değerler %100 verim şartlarında elde edilmiştir. Gerçek hücre verimi ise gerçek gerilimin bu değerlere orandır. Pratikte hücreye giren yakıtın tamamı kullanılamaz. Bu nedenle Yakıt faydalanma katsayısı tanımlanabilir

8 Basınç ve Gaz Konsantrasyonun Etkisi
Bu durumda Yakıt hücresinin verimi: Eğer alt ısıl değere göre hesap yapılacaksa 1.25 kullanılır. Basınç ve Gaz Konsantrasyonun Etkisi Gibbs serbest enerjisi reaktantların basınç ve konsantrasyon değerleriyle değişir. Bu değişim Nernst denklemleriyle hesaplanır. Burada Eo , tablo 2.2 de verildiği gibi standart şartlar altındaki açık devre gerilimidir. P : gazın kısmi basıncı Po : verilen basınçtaki Gazın doymuş buhar basıncıdır. (buhar tablolarından)

9

10