II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

Enerji Korunumu
Enerji korunum denklemi k ısıl iletim katsayısını ve T sıcaklığı göstermek üzere
aşağıdaki gibi ifade edilebilir:
187
(∂(ρєe))/∂t-є ∂p/∂t+∇.(ρєV e)=∇.є(k∇T)+S_e (7)
Elektrokimyasal Reaksiyonlar
Hidrojen yakıtlı bir KOYP anot ve katodunda meydana gelen elektrokimyasal aşağıda
verilmiştir.
Anot H_2+O^(-2)→H_2 O+2e^- (8)
Katot 〖1/2 O〗_2+2e^-→O^(-2) (9)
Elektrokimyasal Model
KOYP çalışması sırasında üretilen akım aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
∇.i=A_v j_o [exp⁡(α (nFη_act)/RT)-exp⁡(-α (nFη_act)/RT) ] (10)
Burada η_act, j_o, α ve n sırası ile aktivasyon polarizasyonunu, değişim akım yoğunluğunu,
şarj transfer sabitini ve reaksiyona giren elektron sayısını simgelemektedir.
A_v ise elektrokimyasal reaksiyonların meydana geldiği üçlü faz bölgelerini
karakterize eden özgül alan olup katalizör yüzey alanının toplam hacmine olan
oranını ifade etmektedir:
A_v=S/V (11)
Redoks döngüleri sonrasında anotta meydana gelen hacim değişikliklerinden kaynaklanan
yapısal bozukluklar hasar fonksiyonu yardımı ile elektrokimyasal model
eklenmiştir. Hasar fonksiyonu aşağıdaki gibi tanımlanmıştır:
D=1-E/E_i (12)
Yukarıdaki denklemde E_i redoks öncesindeki anot elastisite modülü iken E redoks
döngüleri sonrasındaki anot elastisite modülünü simgelemektedir. Redoks döngüleri
sonrasında anot yapısında meydana gelen deformasyonlar anot elektrokimyasal
reaksiyonlarının meydana geldiği anot üçlü faz bölgelerinde de önemli bozukluklar
oluşturacaktır. Bu bozukluklar pil performansında önemli azalmalar meydana getirecektir.
Performanstaki bu değişimler yine hasar parametresi ile aşağıdaki gibi
denklemler yardımı ile modele uygulanmıştır.
∇.i=A_v^' j_o [exp⁡(α (nFη_act)/RT)-exp⁡(-α (nFη_act)/RT) ] (13)
A_v^'=〖(1-D)A〗_v (14)