PEM yakıt pilleri için düşük ağırlıklı akış plakası geliştirilmesi

Abstract

Yakıt pilleri, yüksek enerji yoğunlukları, sessiz ve çevreci olmaları nedeniyle son yılların önde gelen enerji dönüşüm teknolojilerindendir. Dünyada her geçen yıl artan yakıt pili pazarında, düşük sıcaklıklarda yüksek verimle çalışması ve hızlı devreye girebilmesi gibi üstünlükleri sayesinde Proton Değişimli Membran (PEM) yakıt pili (YP) daha yaygın bir kullanım alanına sahip olmuştur. Yüksek enerji yoğunluğu ihtiyacının olduğu insansız hava araçlarının (İHA), son dönemlerde sivil ve askeri alanlarda kullanımları oldukça yaygınlaşmıştır. 10 kg'ye kadar olan mini İHA'lar genellikle batarya ile çalıştırılmakta olup görev süreleri bu nedenle kısıtlıdır. Eğer çok hafif bir yakıt pili yığını geliştirilebilir ise İHA'larda batarya yerine PEM-YH sistemi ile havada kalma süresinde 3 kata kadar artış sağlanabilecektir. Tez çalışması kapsamında, bu amaca yönelik, yenilikçi bir akış alanı tasarlanarak bu akış alanına ait elektrokimyasal ve akış analizleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu akış alanı tasarımının, pres ile formlanarak, 0,1 mm kalınlıklı farklı metalik (paslanmaz çelik, titanyum, alüminyum) akış plakalarının yakıt pilinde kullanılabilmesi için analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, piyasadaki ürünlere göre ağırlık ve hacimde kayda değer bir azalma sağlandığını göstermektedir.

Fuel cells are one of the leading energy conversion technologies of recent years due to their high energy densities, silent operation and environmental aspects. Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell (FC) has been used more widely in the fuel cell market, which has been increasing every year in the world, thanks to its high efficiency at low temperatures and fast start up.Unmanned aerial vehicles (UAVs) have recently become widespread in civil and military areas. Mini UAVs up to 10 kg are usually operated with battery therefore have limited duty times. If a light weight fuel cell stack can be developed, PEM-FC system can possibly increase the endurance to 3 times. In this respect within the scope of the thesis study, an innovative flow field was designed and electrochemical and flow analyzes of this flow field were performed. Then, the suitability of this flow field design was numerically studied, considering the transfer of this design to 0.1 mm thick metal (stainless steel, titanium, aluminum) flow plates via stamping. According to the results obtained, a significant decrease in weight and volume was achieved compared to the commercial products in the market.