Abstract

Temiz ve alternatif enerji arayışı, insanlığın sürekli artan enerji talebini karşılama doğrultusunda artış göstermektedir. Yakıt pilleri, yakıtın kimyasal enerjisini kullanarak doğrudan elektriğe dönüştüren yüksek verimli enerji dönüşüm sistemleridir. Klasik elektrik enerjisi üretim çevriminde yakıt önce yakılarak ısı enerjisi elde edilmekte, ardından buhar etkisi ile türbin döndürülmekte, jeneratörde akım elde edilmekte ve depolanmaktadır. Bu enerji dönüşümü oldukça karmaşık ve çok makineli bir sistem gerektirirken, her enerji dönüşümünde enerji kayıpları da meydana gelmektedir. Yakıt pillerinde ise sadece yakıtın elektronlarını devreden geçirerek yüksek elektriksel verimle enerji elde edilmektedir. Bu çalışmada yakıt pili çeşitlerinden PEM yakıt pilleri ele alınarak, PEM yakıt pillerinde kullanılan bipolar plakaların akış alanları incelenmiştir. Literatürde nümerik çalışmalar da bulunmakla birlikte, yakıt pillerinin oldukça değişken çalışma şartlarından dolayı deneysel olarak test etmek büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle son on yılda yapılmış olan deneysel çalışmalar, yöntemleriyle sunulmuştur. Günümüzde çok popüler bazı akış kanalları verilmekle beraber, akış kanallarını birbirleriyle karşılaştırma yöntemiyle üstünlüğün belirlendiği anlaşılmış ve günümüzde hala optimum akış kanalına ulaşılamadığı gözlemlenmiştir.

References

[1] Karaca C. Mapping of energy potential through annual crop residues in Turkey. Int J AgrBiol Eng 2015;8(2):104-9.
[2] Gottesfeld S, Keller CF, Moller-Holst S, Redondo A. The human development report. FuelCells- Green Power, The United Nations, 1998.
[3] Yıldızbilir F. Yakıt pili ile elektrik enerjisi üretimi. MSc Thesis, Fırat University, Instituteof Natural and Applied Science, 2006.
[4] Spiegel C. PEM fuel cell modeling and simulation using MATLAB. Elsevier Inc, 2008.
[5] De Bernardinis A, Frappe´ E, Bethoux O, Marchand C, Coquery G. Electrical architecturefor high power segmented PEM fuel cell in vehicle application. IEEE, 2012;15-22.
[6] Ural BZ. Evsel yükler için yakit pili-güneş pili hibrit sisteminin tasarımı, modellenmesi veuygulanması. MSc Thesis, Fırat University, Institute of Natural and Applied Science, 2014.
[7] Rakhtala SM, Ghaderi R, Ranjbar NA. Prolong the Stack Life of PEM fuel cell system viahigher order sliding mode control. IEEE, 2011;13-18.
[8] Özdemir L. PEM tipi yakıt pili için yüksek kazançlı DA-DA dönüştürücü tasarımı vebenzetimi, MSc Thesis, Kahramanmaraş Sütçü İmam University, Institute of Natural andApplied Science, 2019.
[9] Kahraman H, Orhan MF. Flow field bipolar plates in a proton exchange membrane fuelcell: Analysis & modeling. Energ Convers Manage 2017;133:363-84.
[10] Dur E, Cora ÖN, Koç M. Experimental investigations on the corrosion resistancecharacteristics of coated metallic bipolar plates for PEMFC. Int J Hydrogen Energy2011;36:7162-73.
[11] Lee HE, Chung YS, Kim SS. Feasibility study on carbon-felt-reinforced thermoplasticcomposite materials for PEMFC bipolar plates. Compos Struct 2017;180:378-85.
[12] Çelik S. Akış kanalı tasarımının PEM yakıt pili performansına etkilerinin incelenmesi.Omer Halisdemir University J Eng Sci 2018;7(1):407-16.
[13] Berning T, Lu DM, Djilali N. Three-dimensional computational analysis of transportphenomena in a PEM fuel cell. J Power Sources, 2002;106:284-94.
[14] Dündar P. Katı oksit yakıt pili uygulamalarında kullanılmak üzere kompozit elektrolitsentezi üzerine çalışmalar. MSc Thesis, Süleyman Demirel University, Institute of Naturaland Applied Science, 2018.
[15] Madadi F, Rezaeian A, Edris H, Zhiani M. Improving performance in PEMFC by applyingdifferent coatings to metallic bipolar plates. Mater Chem Phys 2019;238:1-10.
[16] Ben Jadi S, El Jaouhari A, Aouzal Z, El Guerraf A, Bouabdallaoui M, Wang R, BazzaouiEA, Bazzaoui M. Electropolymerization and corrosion resistance of polypyrrole on nickelbipolar plate for PEM fuel cell application. Materials Today,https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.08.072
[Article in Press].
[17] Wang L, Husar A, Zhou T, Liu H. A parametric study of PEM fuel cell performances. Int JHydrogen Energy 2003;28:1263-72.
[18] Yılmaz C. Bipolar plaka gaz akış desen tasarımının PEM yakıt pili performansına etkisi.MSc Thesis, Gazi University Institute of Natural and Applied Science, 2018.
[19] Middelman E, Kout W, Vogelaar B, Lenssen J, De Waal E. Bipolar plates for PEM fuelcells. J Power Sources 2003;118:44-46.
[20] Pantea D, Darmstadt H, Kaliaguine S, Summchen, Roy C. Electrical conductivity ofthermal carbon blacks: Influence of surface chemistry. Carbon 2001;39:1147-58.
[21] Wilberforce T, El Hassan Zaki, Ogungbemi E, Ijaodola O, Khatib FN, Durrant A,Thompson J, Baroutaji A, Olabi AG. A comprehensive study of the effect of bipolar plate(BP) geometry design on the performance of proton exchange membrane (PEM) fuel cells.Renew Sust Energ Rev 2019;111:236-60.
[22] Dhahad HA, Alawee WH, Hassan AK. Experimental study of the effect of flow field designto PEM fuel cells performance. Renew Energ Focus 2019;30:71-77.
[23] Ebrahimzadeh AA, Khazaee I, Fasihfar A. Experimental and numerical investigation ogobstacle effect on the performance of PEM fuel cell. Int J Heat Mass Trans 2019;141:891-904.
[24] Zhang X, Chen S, Xia Z, Zhang X, Liu H. Performance enhcancements of PEM fuel cellswith narrower outlet channels in interdigitated flow field. Energ Procedia 2019;158:1412-17.
[25] Penga Z, Bergbreiter C, Barbir F, Scholta J. Numerical and experimental analysis of liquidwater distribution in PEM fuel cells. Energ Conv Manag 2019;189:167-83.
[26] Kang HC, Jum KM, Sohn YJ . Performance of unit PEM fuel cells with a leaf-veinsimulating flow field-patterned bipolar plate. Int J Hydrogen Energy 2019;44:24036-42.
[27] Kahveci EE, Taymaz I. Experimental study on performance evaluation of PEM fuel cell bycoating bipolar plate with materials having different contact angle. Fuel 2019;253:1274-1281.
[28] Seyhan M, Akansu YE. The effect of a novel spark-plug plasma synthetic jet actuator onthe performance of a PEM fuel cell. Int J Heat Mass Trans 2019;140:147-51.
[29] Kerkoub Y, Benzaoui A, Haddad F, Ziari YK. Channel to rib width ratio influence withvarious flow field designs on performance of PEM fuel cell. Energ Conv Manag2018;174:260-75.
[30] Awin Y, Dukhan N. Experimental performance assessment of metal-foam flow fields forproton exchange membrane fuel cells. Appl Energ 2019;252:1-8.
[31] Ashrafi M, Kanani H, Shams M. Numerical and experimental study of two-phase flowuniformity in channels of parallel PEM fuel cells with modified Z-type flow-fields. Energy2018;147:317-28.
[32] Chowdhury MZ, Timurkutluk B. Transport phenomena of convergent and divergentserpentine flow fields for PEMFC. Energy 2018;161:104-117.