II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

210
Scott ve arkadaşları [9] tarafından yüksek hızlı kamera kullanılarak, doğrudan
metanol yakıt pillerindeki iki fazlı akış gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmada üç çeşit
hücrenin performansı test edilmiştir. Bu hücreler paralel kanallı, noktasal ve paslanmaz
çelik ızgaradan oluşan akış alanlarına sahip olarak dizayn edilmiştir. Izgaralı
tasarımda 5 farklı ızgaranın performansa etkisi incelenmiştir. Gaz difüzyon tabakasının
yüzey morfolojisi ve karakteristiğinin gaz kabarcıklarının oluşumunda ve
gaz kabarcıklarının ortamdan uzaklaştırılmasında önemli parametereler olduğu
tespit edilmiştir. Gaz kabarcıklarının birikerek büyümesinde gaz kabarcıkları ile
duvar arasındaki sürtünme kuvvetinin etkili olduğu dolayısıyla akış tasarımının
önemli olduğu ispatlanmıştır. Ayrıca metal ızgaralı hücre 160 gün çalıştırılmış ve
performasın önemli ölçüde düşmediği gözlemlenmiştir. Tanaka ve arkadaşları [10]
tarafından, PEM elektrolizörden elde edilen hidrojenin su içerisinde çözünmesini
DH-metre yardımıyla ölçülmüştür. Çözünen hidrojen miktarının elektroliz yoluyla
elde edilen (geçen akım yardımıyla) hidrojen konsantrasyonuna oranı tahmin edilmiştir.
Bu oran, akım yoğunluğunun 0,03A/cm 2 ’den 0,003A/cm 2 ’ye düşürülmesiyle
%10’dan %20’ye çıktığı gözlemlenmiştir. Nafion üzerine yapıştırılan elektrot tabakaları
SEM ile incelendiğinde Pt tabakası üzerinde sayısız çatlak oluştuğu gözlemlenmiştir.
Hidrojen kabarcıklarının tutundukları yüzeylerin gerilimi ile kaldırma
kuvveti arasında dengede durduğu suyun akışı işin içine girdiğinde, su akışının
kaldırma kuvveti yönünde etki ettiği, suyun akış hızı arttırıldığında ise oluşan hidrojen
kabarcıklarının çaplarının küçüldüğü gözlemlenmiştir. Düşük su akış hızında,
elektrotlardaki çatlaklar üzerinde küçük hidrojen kabarcıklarının daha uzun süre
kaldığı ve küçük hidrojen kabarcıklarının birleşerek büyük hidrojen kabarcıklarını
oluşturdukları gözlemlenmiştir. Bir sonraki çalışmada Tanaka ve arkadaşları [11],
hidrojen kabarcıklarının davranışlarının gözlemlenmesi ve hidrojenin elektrolit
içindeki çözünürlüğünün incelenmesi amacıyla X-ray cihazı kullanılarak görüntüleme
deneyi yapmışlardır. Hidrojenin çözünürlüğünün, Stokes’ yarıçapına bağlı
olarak Li+, Na+ ve K+ ile çok az arttığı fakat artışın ayırt edilmeyecek kadar küçük
olduğu rapor edilmiştir. Küçük hidrojen kabarcıklarının birleşmesi incelenmiş,
çözünen hidrojen miktarının, hidrojen kabarcıklarının büyüklükleri ile doğrudan
ilişkili olduğunu ispatlamışlardır. Kabarcık boyutlarının, kabarcık iç basıncına ve
kabarcığın elektrolit içerisinde yükselme hızına etki ettiği gösterilmiştir. Elektrolit
konsantrasyonun artışı ile hidrojen kabarcıklarının birleşme ihtimalinin azaldığı
gözlemlenmiştir. Ayrıca büyük hidrojen kabarcıklarının yükselme hızının daha
büyük olduğunu gözlemlenmiştir. Nordlund ve arkadaşları [12] tarafından optik
olarak gözlem yapılabilecek bir trasperan hücre geliştirilmiş, bu hücre yüksek çözünürlükteki
kamera ile görüntülenmiştir. Görüntülerin incelenmesi ile elde edilen
sonuçlar aynı zamanda MATLAB programında yazılan kod ile data analizi bir adım
daha ileriye götürülmüştür. Akış alanı olarak kullanılan paslanmaz çelik ızgara
örme metodu ile üretilmiş olup, %87 açık alana sahip olmaktadır. Ayrıca bu ızgaralar
10 mikron kalınlığında altın ile kaplanarak kontak direncini minimize edilmiştir.