Yakıt pilleri verimlilikleri ve çevreye daha az zarar vermelerinden dolayı geleceğin alternatif enerji kaynağına aday olmaktadır. Yakıt pillerinde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Bu nedenle kimyasal reaksiyondan maksimum güç elde edilmesi amaçlanmaktadır. Yakıt pillerinde termodinamik analizle kayıplar belirlenirken ısıl verim ve ekserji verimleri hesaplanmaktadır. Bu analizlerin sonucunda tersinmezliklerin belirlenerek yakıt pilinde iyileştirmeler yapılabilmektedir. Bu çalışmada hidrojen/oksijen yakıt pilinin beş farklı çalışma sıcaklıklarında (300 K, 400 K, 500 K, 600 K ve 1000 K) maksimum iş, maksimum birinci yasa verimi, ekserji verimi ve ideal açık devre gerilimi hesaplanmıştır. Genel bir yakıt pili tepkimesinde Gibbs fonksiyonu ve Nernst denklemi kullanılarak hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Termodinamik analizler neticesinde yakıt pili çalışma sıcaklığının değişimi ısıl verimi ve ekserji verimi etkilediği görülmüştür. İdeal yakıt pilinden elde edilen maksimum elektrik gücü sıcaklık artışı ile azalmaktadır. Çalışmada 300 K sıcaklıkta 228509 kJ/kmol maksimum elektrik gücü hesaplanmıştır. Yakıt pillerinde çalışma sıcaklığı artışı verimi düşürmektedir. Çalışmada 300 K ve 900 K sıcaklıkta ısıl verimler sırasıyla %95 ve %80’dir. İdeal yakıt pili voltajı ise sıcaklık artışı ile azalmaktadır. Sıcaklığın 700 K olduğu durumda ideal pil voltajı 1.08 V iken 1000 K olduğu sıcaklıkta 1 V olarak hesaplanmıştır. Yakıt pilinden farklı sıcaklıklarda tüketilen elektrik gücünün sabit 2.7 kW olması durumu ele alınarak ekserji veriminin sıcaklıkla değişimi belirlenmiştir. Çalışma sıcaklığının 1000 K ve 500 K olduğu durumlarda ekserji verimi sırasıyla %77 ve %67 olarak hesaplanmıştır. ORCID NO: 0000-0001-5542-4853
Anahtar Kelimeler: Yakıt Pili, Hidrojen, Isıl Verim, Ekserji Verimi
|
