Yakıt Pilleri

Yakıt Pilleri

Bir yakıt hücresi elektro-kimyasal olarak kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Bununla birlikte dışarıdan sürekli yakıt beslendiğinde elektrik üretimini sürdürebilen böyle bir sistem konvansiyonel güç üretim sistem olarak değerlendirilebilmektedir. Yakıt hücresi, yakıt (hidrojen) ve oksitleyicinin (hava) kimyasal enerjisini doğrudan elektrik ve ısı formunda kullanabilen enerjiye çeviren güç üretim elemanıdır.
Yakıt hücreli araçlar, yakıt olarak büyük çoğunlukla hidrojen kullanıldığından, yakıt araca ya direkt hidrojen olarak veya araçta hidrojene dönüştürülen bir hidrojen taşıyıcısıyla verilmektedir. Eğer araca hidrojen direkt verilmek istenirse, metal hidrid gibi birçok yollarla saklanıp depolanmaktadır. Alternatif olarak, metanol de hidrojen taşıyıcısı olarak kullanılabilmektedir.

Batarya beslemeli elektrikli taşıtlarda gerekli olan üç dört saatlik batarya şarj süresi yerine, yakıt hücreli arabalar konvansiyonel taşıtlara benzer biçimde bir yakıt istasyonunda birkaç dakika içinde yeniden yakıt depolanabilmektedir.

Polimer Elektrolit Yakıt Pilinin Yapısı ve Çalışması

Polimer Elektrolit Mebran yakıt pili, platin ile kaplanmış iki elektrotun (anot ve katot) arasına preslenmiş perflorlu sülfonik asit polimerler gibi proton ileten bir kat elektrolittten oluşur. Buradaki elektrolit, anot ile katot arasında bir gaz sütunu oluşturarak anottan katota doğru hidrojen iyonlarının taşınmasını sağlar. Polimer elektrolite gaz, elektrotlarda bulunan gaz difüzyon kanalcıklarından ulaşır. Aynı zamanda bu kanallar, elektrik akımının toplama görevini yaparlar. Ayrıca her yakıt pili iki gaz akış kanalını ihtiva eden gaz yayılım plakalarına sahiptir. Buna ek olarak, yakıt pillerini bir arada tutmaya yarayan ve yakıt pilini çevreleyen gövde levhalar, gazların ana girişini üzerinde bulundurur.Şekil - 1. Polimer Elektrolit Mebran ( PEM ) Yakıt Pilinin Yapısı

Bir Polimer Elektrolit Mebran yakıt pili, elektrokimyasal reaksiyonlar ile çalışır. Yani, hidrojen ve oksijenin tepkimeye girmesinden su açığa çıkar ve sonuç olarak da elektrik akımı elde edilmiş olur. Şekil - 1’ de PEM yak t pilinin yapısı ve çalışması görülmektedir.

Anot :2H2 → 4H+ + 4e-
Katot :4e- + 4H+ + O2 → 2H2O
Sonuç: 2H2 + O2 → 2H2O


Yakıt Pillerinin Verimi

Yakıt pilleri kimyasal enerjinin elektrik enerjisine çevrilmesi prensibiyle çalışmaktadır. Yakıt pillerinin kimyasal→elektrik verimleri %35’i geçmemektedir. Ancak birleştirilmiş çevrim (combined cycle) yöntemiyle kimyasal→elektrik verim %55’i bulmaktadır. Bu sistemlerde yakıt ve elektrik kayıpları olmak üzere iki çeşit kayıp bulunmaktadır. Çevrim sırasında hidrojenin az da olsa bir kısmı sistem dışına kaçacaktır. Mevcut sistemde bulunan soğutma pompası, fanlar, valfler ve kontrol ünitelerinin çalışması üretilen net işi düşürecektir. Geliştirilen yöntemlerle yakıt pillerinin genel verimleri %45 mertebelerine çıkarılmıştır.

Aşağıda PEM tipi bir yakıt pilinin enerji çevrimi esnasında ısıl kaybı hesaplanmıştır.