II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

soğutulması ve dinamik yükleme koşullarında da stak içinde önemli sıcaklık
gradyentleri oluşmaktadır. Sıcaklık gradyenti stak elemanlarının ısıl genleşme nedeniyle
stak içinde ısıl gerilmelerin meydana gelmesine neden olmaktadır[6].
KOYP hücresinin çok ince ve kırılgan olması nedeniyle ısıl gerilmeler hücre içersinde
çatlaklara ekstrem durumlarda kırılmalara neden olmaktadır. Ayrıca kırılma
veya çatlama olmasa bile gerilmelerin sürekli tekrar etmesi halinde malzeme yorulması
meydana gelmektedir.
Stak içinde gerilmeleri en aza indirmek için çalışma koşullarına bağlı olarak stak
içinde sıcaklık dağılımının bilinmesi gerekmektedir. Bu amaçla hem deneysel hem
de teorik bir çalışma başlatılmıştır. Deneysel çalışmada stak içinde bir çok yere
termoelemanlar yerleştirilerek çalışma koşullarına bağlı olarak sıcaklık dağılımı
ölçülmüştür. Şekil 5’te akış koşullarına bağlı stak içinde ölçülen sıcaklık dağılımı
verilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi akış koşullarına bağlı olarak stak içinde önemli
ölçüde sıcaklık gradyenti meydana gelmektedir.
Teorik programda ise KOYP içinde akış, ısı ve kütle transferi ve elektrokimyasal
olayları temsil eden bir matematiksel model geliştirilmiş ve model sayısal olarak
çözülmüştür. Sayısal çözümlerin en düşük sıcaklık gradyenti veren çalışma koşullarının
belirlenmesine önemli katkıda bulunması beklenmektedir.
2.7. Katı Oksit Yakıt Pilinde Zaman ve Isıl Çevrime Bağlı Performans Düşmesi
Katı Oksit yakıt pilinde anot tarafında NiO ve elektrolit karışımı kompozit kullanılmaktadır.
NiO hidrojen ve karbon monoksit’in oksijen ile elektrokimysal reaksiyonunda
katalizör görevi gerçekleştirirken elektrolit katkısıda üçlü faz bölgesini
genişletmekte ve performansı artırmaktadır. Katalizor fazı üretim sırasında NiO
olarak imal edilmesine rağmen katı oksit yakıt pili çalışma sıcaklığında hidrojen ile
birleşerek metalik Nikel (Ni) haline dönüşmektedir. NiO-Ni dönüşümü sırasında
%40’lık bir hacim değişmesi azalması meydan gelmektedir. Yakıt pili soğutulurken
veya herhangi bir şekilde anot tarafına oksijen verilirse metalik nikel tekrar NiO’de
dönüşmektedir[7,8]. Bu dönüşüm sırasında %56’lık bir hacim artışı meydana gelmektedir.
Redoks adı verilen bu dönüşüm sırasındaki hacim değişimleri anodun
gözenekli yapısına zarar vermekte ve anot bağlantıları zarar görmekte veya kırılmaktadır.
Bu durum yakıt pilinde ciddi performans kayıplarına neden olmaktadır.
Şekil 7’deki deneyde anot tarafına sadece hidrojen verilmesi yarımşar saat aralıklarla
durdurulmuştur. Şekilde de görüldüğü gibi yarım saat sonra yakıt piline tekrar
hidrojen verildikten sonra %10’a yakın bir performans düşüşü görülmüştür. Deney
aynı şekilde 4 defa tekrarlanmış güç hemen hemen her açıp kapamada düşmesi
rağmen ikinci açıp kapamadan sonra düşüşün daha az olduğu görülmüştür. Redoks
nedeniyle performans düşüşünü azaltmak için bir çok metot önerilmektedir. Bu
çalışma dada anot mikro yapısının iyileştirilmesi, elektrolit miktarının artırılması vb
gibi birçok metot test edilmiştir.
77