PEM yakıt hücre simülasyonları ile farklı tasarımlara

Sevilla’daki Enerji Mühendisliği Bölümü araştırmacıları, proton değişim membran yakıt hücreleri (PEMFC) nin bir katı elektrolit zar aracılığıyla hidrojenin doğrudan elektrik enerjisine dönüşümü için umut verici gelişmelerden biri haline geldiğini söyledi. 

Alfredo Iranzo, Endülüs Araştırma ve Sanayi İşbirliği Derneği (AICIA) ile birlikte, farklı işletim sıcaklıkları altında bir düz kanallı PEMFC’nin performansındaki su rolünü analiz etmek için üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (Computational Fluid Dynamics – CFD) simülasyonlarını yürüttü¹.

PEMFC’de su üretimi ve taşınmasını yerel sıcaklık dağılımları ve hücre performansı ile ilişkilendiren çalışmalarında özellikle kanal altı ve kanal altı özelliklerine vurgu yaparak yakıt hücresinin içinde meydana gelen karmaşık ve sıkı çiftli etkileşimler hakkında daha fazla bilgi edinmeyi amaçlamıştır.

Araştırmacıların yaptığı duyarlılık analizinde, çalışma sıcaklık aralığı 70-90 ºC  ve reaktanların bağıl nemi yüksek düzeyde tutulduğunda PEMFC’nin elektriksel  performansının iyi olduğu ortaya konulmuştur. Cihaz yüksek akım yoğunluklarında (j=2,25 ve 2,57 A/cm²) çalışmasına rağmen, su difüzivitesinin ve elektro-ozmotik sürüklenmenin artması iyonik iletkenliğinin iyileşmesine neden oldu².

Su doygunluğu ve zar hidratasyon seviyelerindeki azalmaya rağmen, buharlaşmanın etkilerinin PEMFC performansını etkileyecek kadar önemli olmadığı sonucuna vardı. Diğer yandan boyutsuz biçimdeki sıcaklık profili komploları, analitik ifadeler veya ölçeklendirme yasaları aracılığıyla PEMFC’nin karakteristiği ve tasarımıyla alakalı ilgi çekici olabilecek bazı benzerlikler gösterdi.

Oksidatöre gelince, oksijen tüketiminin ve dağılımlarının tüm çalışma sıcaklıkları ile çok benzer olduğu ve kanalın altında bulunan en yüksek değerlerle beraber en düşük alt kaburganın yük artışıyla oksijen konsantrasyonunun net bir azalması olduğu gözlemlenmiştir.

Hassas bir duyarlılık ile yürütülen çalışmalarda tek bir değişkenin izole edilerek  süreçlerin farklı yapısı ve işleyişine dair sağlıklı bilgilerin elde edilemeyeceği görülmüştür.

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2023-03-delve-role-pem-fuel-cells.html
2. Martín-Alcántara, A., Pino, J., & Iranzo, A. (2023). New insights into the temperature-water transport-performance relationship in PEM fuel cells. international journal of hydrogen energy, 48(37), 13987-13999