Effect of relative humidity of reactant gases on proton exchange membrane fuel cell performance
Reaktant gazların bağıl neminin proton değişim zarlı yakıt pili performansı üzerindeki etkisi
- Tez No: 313824
- Danışmanlar: PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Yakıt hücrelerinin bu yüzyılın ekonomisinde ve öngörülebilir gelecekte önemli bir rol oynaması beklenmektedir. Hidrojen ve yakıt pillerinin kullanımı ticari, konut, sanayi ve ulaşım gibi tüm enerji sektörlerinde kritik sorunların çözümünde alternatif olarak düşünülebilir. Yakıt hücreleri, havadaki oksijen ile hidrojen yakıtını birleştirerek kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal cihazlardır. Hidrojen yakıt olarak kullanılır ise, tek yan ürün olarak ısı ve su açığa çıkmaktadır.Bu tezin amacı, yakıt pili işletim sıcaklığı ve reactant gazların bağıl neminin yakıt pili performansı üzerindeki etkilerini, yakıt pili ve reaktant gazların nemlendirilme sıcaklıklarını ayarlayarak incelemektir.Bu çalışmada, tek hücreli proton değişim zarlı (PEM) yakıt hücresinde, anot tarafında yakıt olarak hidrojen, katot tarafında ise hava kullanılarak farklı işletim parametrelerinin etkisinin hücre performansı üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Farklı hücre işletim sıcaklığı, farklı anot ve katot nemlendirme sıcaklıkları denemeleri gerçekleşirilmiştir. Deneysel sonuçlar, farklı işletim parametrelerinin etkisini gösterebilmek adına polarizasyon eğrileri şeklinde gösterilmiştir. Polarizasyon eğrisi verileri sıfırıncı dereceden bir modele uydurulmuş ve yakıt hücresi işletim ve nemlendirme sıcaklıklarının, kinetik parametreler ve hücre direnci üzerindeki etkisi belirlenmiştir.Yakıt hücresinde sırasıyla hidrojen için 1.2 ve hava için 2 stokiyometrik oranı kullanılmıştır. Yakıt hücresi performansı 60 ile 80 ºC arasında değişen hücre işletim sıcaklıklarında ve hava tarafı için 20 ile 100 % arasında değişen ve hidrojen tarafı için ise % 50 ve % 100 nemlilik derecelerinde yakıt hücresi test istasyonunda deneyler gerçekleştirilmiştir.60 oC hücre işetim sıcaklığı ve atmosferik basınçta en yüksek performans hidrojen tarafı % 100 bağıl nemlilik derecesinde iken, akım yoğunluğu 0.6 V'da 275 mA/cm2 ve 0.4 V'da 650 mA/cm2 olarak % 50 hava bağıl nemlilik dercesinde elde edilmiştir. Bunun yanında, en yüksek performans hidrojen tarafı yine % 100 bağıl nemlilik derecesinde iken, akım yoğunluğu 0.6 V'da 230 mA/cm2 olarak % 50 hava bağıl nem oranında, 0.4 V'da ise 530 mA/cm2 olarak hem % 70 hemde % 100 hava nemlilik derecelerinde elde edilmiştir. 80 oC hücre işletim sıcaklığında ise en yüksek performans % 100 hidrojen nemlilik derecesinde, akım yoğunluğu 0.6 V' da 200 mA/cm2 ve 0.4 V'da 530 mA/cm2 olarak % 100 hava nemlilik derecesinde elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Fuel cells are expected to play a major role in the economy of this century and for the foreseeable future. The use of hydrogen and fuel cells can address critical challenges in all energy sectors like commercial, residential, industrial, and transportation. Fuel cells are electrochemical devices that convert energy of a chemical reaction directly into electrical energy by combining hydrogen fuel with oxygen from air. If hydrogen is used as fuel, only byproducts are heat and water.The objective of this thesis is to investigate the effect of operating temperature and relative humidity (RH) of reactant gases on proton exchange membrane (PEM) fuel cell performance by adjusting the operation temperature of the fuel cell and humidification temperature of the reactant gases.In this study, the effect of the different operating parameters on the performance of single proton exchange membrane (PEM) fuel cell have been studied experimentally using pure hydrogen on the anode side and air on the cathode side. Experiments with different fuel cell operating temperatures, different air and hydrogen humidification temperatures have been carried out. The experimental results are presented in the form of polarization curves, which show the effects of the various operating parameters on the performance of the PEM fuel cell. The polarization curves data have been fit to a zero dimensional model, and the effect of the fuel cell operation and humidification temperatures on the kinetic parameters and the cell resistance have been determined.The fuel cell has been operated with 1.2 and 2 stoichiometry ratio for hydrogen and air, respectively. Fuel cell performance was detected at different fuel cell operation temperatures changing from 60 to 80 ºC, and relative humidity of the entering gases changing from 20 to 100 % for air and 50 % and 100 % for hydrogen. Tests were performed in a PEM fuel cell test station.The highest performance of 275 mA/cm2 at 0.6 V and 650 mA/cm2 at 0.4 V was obtained for 50 % RH air with a constant 100 % relative humidity of hydrogen for working at atmospheric pressure and 60 oC fuel cell temperature. However, the highest performance of 230 mA/cm2 at 0.6 V for 50 % RH of air with a constant 100 % relative humidity of hydrogen and the highest performance of 530 mA/cm2 at 0.4 V for both 70 % RH and 100% RH air with a constant 100 % relative humidity of hydrogen was obtained for working at atmospheric pressure and 70 oC fuel cell temperature. Besides, the highest performance of 200 mA/cm2 at 0.6 V and 530 mA/cm2 at 0.4 V was obtained for 100 % RH air with a constant 100 % RH of hydrogen for working at atmospheric pressure and 80 oC fuel cell temperature.
Benzer Tezler
- Performance assessment of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack by means of semi-empirical model
Yarı deneysel model ile proton değişim membran yakıt pili (PDMYP) yığınının performans değerlendirilmesi
EDA KALENDER
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. GEORGIOS TSOTRIDIS
PROF. DR. BARIŞ ÖZERDEM
- Kömürlerin kendiliğnden yanmasının teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigations of spontonequs combustion of coals
FEHMİ AKGÜN
- Investigation of the transient behaviors of photocatalytic no oxidation over TiO2
TiO2 üzerinde fotokatalitik no oksidasyonunun değişken davranışının incelenmesi
SELİN ERNAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ ÜNER
- LiP-CVD growth of multi-shape monolayer WS2: Determination and investigation of defect domains
Çok şekilli tek katmanlı WS2' ün LiP-CVD ile büyütülmesi: Kusur alanlarının belirlenmesi ve incelenmesi
HASRET AĞIRCAN
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
- Electrified powertrain simulation and validation of a fuel cell electric vehicle
Yakıt pilli bir elektrikli aracın elektrik güç akış simülasyonu ve doğrulanması
BURAK AKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜLYA YALÇIN
