ÖZETİki farklı boyuttaki MEÇ'in (Membran Elektrot Çiftinin) kullanıldığı, tek bir hücreden oluşan proton aktaran membran yakıt pilinin (PEMFC) ANSYS-FLUENT yardımı ile üç boyutlu sayısal analizi yapılmıştır. İki farklı kalınlıktaki MEÇ ile hazırlanan PEM yakıt pilinin sayısal analizi farklı çalışma koşullarında yapılmıştır. Birinci MEÇ'de difüzyon tabakası, katalizör tabakası ve membran kalınlıkları sırasıyla, 0,400 mm, 0,005 mm ve 0,035 mm olarak belirlenmiştir. İkinci MEÇ için bu kalınlıklar 0,300 mm, 0,050 mm ve 0,125 mm olarak kabul edilip sayısal çözümler alınmıştır. Bu iki MEÇ kullanılarak polarizasyon eğrileri elde edilip karşılaştırılmıştır. İnce bir katalizör tabakası kalınlığına sahip MEÇ-1 için elde edilen çözümler neticesinde konsantrasyon kayıplarının olduğu kısım polarizasyon eğrisinde görülebilmektedir. MEÇ-1 ile hazırlanan yakıt pili modelinin çözümünden elde edilen akım yoğunluğu değerleri MEÇ-2 ile hazırlanan duruma göre daha iyi çıkmıştır. PEM yakıt pili modeli için çalışma basıncının akım yoğunluğuna etkileri bu iki farklı kalınlıktaki MEÇ (MEÇ-1 ve MEÇ-2) kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışma basıncı 150 kPa, 200 kPa, 300 kPa ve 400 kPa olarak belirlenip her bir basınç değerindeki polarizasyon eğrileri her iki MEÇ için grafikler halinde sunulmuştur. Bu problemin çözümü için, kütle, momentum, enerji, türler ve faz potansiyelinin korunumu dikkate alınmıştır. ANSYS FLUENT PEMFC modülünde yakıt pili içindeki elektrokimyasal eşitlikler, hidrojenin oksidasyonu ve oksijenin indirgenme hızına bağlı olarak çözülmüştür. Hidrojen ve oksijenin kütle kesri dağılımları ile ilgili sonuçlar, ana gaz akış yönünde iki boyutlu olarak sunulmuştur. Ayrıca hidrojenin kütle kesri değişimleri ana akışa dik kesitlerde (giriş, orta ve çıkış) alınan dağılımlarla iki boyutlu olarak incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: PEM yakıt pili, membran elektrot çifti (MEÇ), sayısal analiz
3D NUMERICAL ANALYSIS OF PEM FUEL CELL AT DIFFERENT MEA THICKNESSES AND OPERATING PRESSURE CONDITIONS ABSTRACTThis study covers the three dimensional analysis of a single-cell proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) by using ANSYS-FLUENT program for two different dimensioned of Membrane Electrode Assembly (MEA). Two prepared MEA with different thickness dimensions were implemented to PEM fuel cell and analyzed numerically by using ANSYS-FLUENT. In the first MEA, the thicknesses of gas diffusion layer, catalyst layer and membrane were selected as 0.400 mm, 0.005 mm and 0.035 mm, respectively. For the second MEA these thicknesses were selected for gas diffusion layer as 0.300 mm, for catalyst layer as 0.050 mm. and for membrane as 0.125 mm and numerically analyzed by using dimensional properties of second MEA. For these two different MEAs which have different thicknesses, were used in PEM fuel cell model, polarization curves obtained and compared. As a result of solutions were obtained for MEA-1 having a catalyst layer with a thin thickness, the region corresponding to concentration losses occurs in the polarization curve can be seen. The curren...
