II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

208
yoğunlaştığı alanlardan birisi olmaktadır. Dünyadaki gelişmelere paralel olarak
Niğde Üniversitesinde de PEM elektrolizör üzerine çalışmalar yapılmış ve geliştirilen
PEM elektrolizörlerin elektrokimyasal karakterizasyonu yapılmış ve %87’ye
varan performans elde edilmiştir [1-5]. Ancak performansa etki eden faktörlerin
belirlenebilmesi, daha yüksek performans elde edilebilmesi ve daha uzun ömürlü
elektrolizörler geliştirilebilmesi için iki fazlı görüntüleme çalışmalarının yapılması
lüzumlu görülmüştür.
Bir PEM elektrolizöründe performansı sınırlayan iki önemli faktör bulunmaktadır.
Bunlardan birisi anottaki oksijen eldesi reaksiyonu (Oxygen Evolution Reaction-
OER), olmakta ve katottaki hidrojen eldesi reaksiyonundan (Hydrogen Evolution
Reaction- HER) 4-6 kat daha yavaş gerçekleşmektedir. Bu yüzden verilen enerjinin
büyük bir kısmı oksijen eldesi reaksiyonu için harcanmaktadır. Buradaki kayıpları
azaltmanın yolları katalizör geliştirme çalışmaları ile devam etmektedir. Diğer
performans sınırlayıcı etken özellikle yüksek akım yoğunluklarında etkin olan ve
iki fazlı akışların neden olduğu kütle taşınımı problemi olmaktadır. Pasaogullari ve
Wang [6], özellikle yüksek akım yoğunluklarında, reaksiyon sonucu aşırı miktarda
oluşan suyun, gaz difüzyon tabakasındaki ve katalizör tabakasındaki gözenekleri
tıkayarak, yeterli oksijenin katalizör bölgesine ulaşmasına engel olduğunu dolayısıyla
da PEM yakıt pili performansını sınırlandırdığını göstermişlerdir. Kütle transferini
kolaylaştırmak amacıyla çift katlı gaz difüzyon tabakası önerisinde bulunmuşlardır
[7]. 10-30 mikron gözenekliliğe sahip birinci tabaka kaba gaz difüzyon
tabakası ile 0,1-1 mikron gözenekliliğe sahip mikro-gözenekli-tabaka (Micro
Porous Layer - MPL) kullanarak suyun kılcal basıncını arttırmış ve suyun katottan
anoda geçebildiğini göstermişlerdir.
Bir PEM elektrolizörün çalışma prensibi Şekil 1’de verilmiştir. PEM elektrolizörlerin
anot bölümüne deiyonize su verilmekte, reaksiyon sonucu oluşan oksijen
ve artık su, anot çıkış manifoldundan dışarı alınmaktadır. Su molekülünden ayrılan
hidrojen iyonları, iyon geçirgen membran üzerinden katot bölgesine geçmekte ve
burada hidrojen gazı olarak açığa çıkmaktadır. Hidrojenin, membran üzerinden
katoda geçiş mekanizmasında su rol oynamakta, her bir hidrojen çekirdeği katoda
geçerken yanında 3-4 adet su molekülü sürüklemektedirler. Bu nedenle katot bölgesinde
de su ve hidrojen gazı, anot bölgesinde su ve oksijen gazı iki fazlı akışı oluşturmaktadır.
Anot bölgesinde açığa çıkan oksijen gazının reaksiyon bölgesini terk
ederek, yeni gelecek suyun reaksiyonu için yer açması gerekmektedir. Katot bölgesinde
de hidrojen gazı ve su reaksiyon bölgesini terk ederek yeni reaksiyonların
oluşmasına imkân vermelidir.
PEM elektrolizörde karşılaşılan iki fazlı akışa benzer akışlar doğrudan metanol
yakıt pillerinde (DMYP) de görülmektedir. DMYP’de anoda sıvı metanol verilmekte,
anot katalizör tabakasında reaksiyon sonucu açığa çıkan karbondioksit ve kullanılmayan
metanol iki fazlı akışı oluşturmaktadır. Anot reaksiyonunda açığa çıkan