II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

Özet
KATI OKSİT YAKIT HÜCRESİNDE SICAKLIK DAĞILIMINA
OPERASYON ŞARTLARININ ETKİSİ
Selahattin ÇELİK, Bora TİMURKUTLUK, Mahmut D. MAT
Niğde Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü
261
Katı oksit yakıt pili hücrelerinin (KOYP) çalışması esnasında, hücredeki homojen
olmayan elektrokimyasal reaksiyonlar sonucunda sistemde sıcaklık gradyenti oluşmaktadır.
Sıcaklık gradyentinin neden olduğu ısıl gerilmeler seramik membran
elektrot grubunun kırılgan doğasından dolayı çatlak ve hatalar oluşabilmektedir. Bu
çalışmada proses parametrelerine bağlı olarak bir KOYP hücresindeki sıcaklık
gradyentinin araştırılması için teorik ve deneysel bir çalışma yapılmıştır. Deneysel
çalışmada 6cmx6cm boyutlarında ScSz (Scandia-Stabilized zirconia) destekli elektrolit
MEG (membran elektrot grubu) şerit döküm ve screen printing kullanılarak
geliştirilmiş ve operasyon sürecinde sıcaklık dağılımı ve performansı ölçmek için
deneysel düzenek oluşturulmuştur. Teorik çalışmada KOYP hücresi için ısı ve kütle
transferinin yanı sıra akışı temsil eden bir matematiksel model geliştirilmiş ve sayısal
olarak Comsol 4.1 programı kullanılarak çözülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Katı oksit yakıt pili, sıcaklık dağılımı, matematiksel mode
1. Giriş
Mevcut yakıt pilleri içerisinde, son yıllarda en büyük ilgiyi katı oksit yakıt pilleri
(KOYP) görmektedir. KOYP’ler yüksek verimleri, temiz ve sessiz çalışmalarının
yanı sıra fosil kaynaklı yakıtlarla çalışabildiği gibi bio yakıtlar ve yenilenebilir
enerji kaynaklarından elde edilen hidrojenle de çalışabilmektedir. Fakat mevcut
KOYP yüksek çalışma sıcaklığından (700-1000°C) dolayı bazı özel akım ve akış
plakası (İnterkonnektör) ve sızdırmazlık malzemelerine ihtiyaç duymakta ve bunun
sonucunda yüksek malzeme maliyeti KOYP’nin ticarileşmesini kısıtlamaktadır. Bu
yüzden KOYP çalışma sıcaklığını düşürülmesi maliyetin azaltılması ve uzun çalışma
ömrünün uzatılması büyük önem arz etmektedir.
Literatürde KOYP tek hücre ve stak üzerine makro boyutta sıcaklık, akım yoğunluğu
ve hücre içinde sıcaklık gradyentinden kaynaklanan gerilmeler ve bu gerilmelerin
neden olduğu problemleri inceleyen birçok çalışma bulunmaktadır.
Yakabe ve ark.[1] paralel ve karşı akışlı KOYP tek hücreleri için konsantrasyon
dağılımı, sıcaklık profili, voltaj ve akım yoğunluğu dağılımlarını ticari bir program
yardımı ile incelemiştir. Çalışmada aynı yönde (yakıt ve havanın hücre içerisinde