Bipolar plaka tasarımının pem yakıt pili performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of bipolar plate design on pem fuel cell performance
- Tez No: 986880
- Danışmanlar: PROF. DR. AKIN BURAK ETEMOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Makine mühendisliği, Mechanical engineering
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Geniş bir zaman aralığı değerlendirildiğinde, enerji kaynakları arasında hem fosil yakıtların hem de alternatif enerji kaynaklarının kullanıldığı görülmektedir. Son yıllarda artan enerji talebiyle birlikte birçok sektör, alternatif enerji sistemlerine yönelmiştir. Uzun süredir temel enerji kaynağı olarak kullanılan fosil yakıtlar, gelişen teknolojiyle birlikte yerini daha düşük karbon emisyonuna sahip sistemlere bırakmaktadır. Güneş ve rüzgâr enerjisi gibi çeşitli alternatif kaynaklar arasında en önemlilerinden biri hidrojen enerjisidir. Yüksek özgül enerji değerine sahip olması nedeniyle hidrojen, enerji ihtiyacının karşılanmasında kritik bir rol oynamaktadır. Hidrojen enerjisinin kullanımında bu enerjiyi elektriğe dönüştüren hidrojen yakıt pilleri tercih edilmektedir. Mevcut yakıt pili türleri arasında en yaygın ve verimli sistem Proton Değişim Membranlı (PEM) yakıt pilidir. PEM yakıt pillerinin en önemli avantajı sıfır emisyonla çalışması olsa da her enerji sisteminde olduğu gibi verimliliğin artırılması önemli bir gelişim alanı olmaya devam etmektedir. Bu çalışmada, PEM yakıt pili sisteminde yer alan bipolar plaka tasarımı üzerinde çeşitli iyileştirmeler yapılmış ve bu iyileştirmelerin hücre performansına etkisi sayısal analizler aracılığıyla incelenmiştir. İyileştirmeler akış plakası üzerinde gerçekleştirilmiştir. Üç farklı akış deseni üzerinde analiz çalışmaları yapılmış ve serpantin modelin diğer modellere göre daha iyi performans gösterdiği belirlenmiştir. Bu tasarım temel alınarak beş farklı akış kanal geometrisi analiz edilmiş, en iyi performansın yamuk kanal kesitinde elde edildiği görülmüştür. Belirlenen nihai geometri üzerinde sıcaklık, basınç, nem, stokiyometri oranı ve malzeme özellikleri gibi parametreler üç farklı seviyede analiz edilerek karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, her bir parametrenin katkı oranını belirlemek amacıyla Taguchi analiziyle değerlendirilmiştir. Ardından, parametreler Optislang yazılımı kullanılarak optimize edilmiş ve en uygun parametre seviyeleri belirlenmiştir. Sonuç olarak, PEM yakıt pili hücresinin önemli bir bileşeni olan akış plakasının optimum tasarımı ve parametre konfigürasyonu başarıyla belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
When a broad time frame is considered, it is evident that both fossil fuels and alternative energy sources have been utilized as primary energy resources. In recent years, the increasing global energy demand has led many industries to shift toward alternative energy systems. Fossil fuels, which have long served as the main energy source, are gradually being replaced by systems with lower carbon emissions as technology advances. Among the various alternative sources such as solar and wind energy, one of the most significant is hydrogen energy. Due to its high specific energy, hydrogen plays a crucial role in meeting global energy needs. Hydrogen fuel cells, which convert hydrogen energy into electrical energy, are widely used for this purpose. Among the different types of fuel cells, the Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell stands out as the most efficient and practical system. Although the main advantage of PEM fuel cells is their zero-emission operation, improving system efficiency remains an important area for further development, as in all energy systems. In this study, various improvements were made to the bipolar plate design of a PEM fuel cell system, and the effects of these improvements on cell performance were investigated through numerical analyses. The modifications were applied to the flow plate. Analysis studies were carried out on three different flow field patterns, and the serpentine model was found to demonstrate superior performance compared to the others. Based on this design, five different flow channel geometries were analyzed, and the trapezoidal channel cross-section exhibited the best performance. For the finalized geometry, parameters such as temperature, pressure, humidity, stoichiometric ratio, and material properties were analyzed and compared at three different levels. The obtained results were evaluated using Taguchi analysis to determine the contribution ratio of each parameter. Subsequently, the parameters were optimized using the Optislang software to identify the optimal parameter levels. As a result, the optimal design and parameter configuration of the flow plate, a key component of the PEM fuel cell, were successfully determined.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlarda kullanılan PEM yakıt pillerinin performansı üzerine kanal blokajlarının etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of channel blockages on the performance of PEM fuel cells used in electric vehicles
ALPEREN LATİF DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Otomotiv MühendisliğiFırat ÜniversitesiOtomotiv Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANBEY HAZAR
- Bipolar plaka gaz akış kanalı desen tasarımının PEM yakıt pili performansına etkisi
Effect of bipolar plate gas flow channel pattern design on the performance of proton exchange membrane fuel cell
CELAL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHİTTİN BİLGİLİ
DOÇ. DR. YILSER DEVRİM
- Yakıt pillerinde (PEMFC) bipolar yüzeyli metal malzemelerin farklı sıcaklık aralıklarında kullanımının incelenmesi
The investigation of using of bipolar surface metal materials in different temperatures for fuel cell (PEMFC)
SEZGİN KARADENİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiDumlupınar ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İDRİS KAYNAK
- Effects of porous transport layers on the performance of PEM water electrolyzers
Gözenekli taşıyıcı tabakaların PEM su elektrolizörlerinin performansına etkisi
DENİZ BUSE ALTINDAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SUHA YAZICI
- PEM elektrolizörün sayısal modellemesi ve deneysel doğrulanması
Numerical modeling and experimental validation of PEM electrolyzer
SAFİYE NUR ÖZDEMİR