Sevilla Üniversitesi araştırmacıları, enerji üretiminde kullanılan yakıt hücreleri teknolojilerinde önemli bir yere sahip olan proton değişim membran yakıt hücrelerinin (PEMFC) performansının artırılması için önemli bir çalışma yürüttü. Bu çalışma, hidrojenin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesi amacıyla kullanılan PEMFC teknolojilerinde suyun rolünü analiz etmeyi hedeflemekteydi.
Alfredo Iranzo ve Endülüs Araştırma ve Sanayi İşbirliği Derneği (AICIA) ile birlikte gerçekleştirilen araştırmada, farklı işletim sıcaklıkları altında bir düz kanallı PEMFC’nin performansındaki suyun rolünü incelemek için üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (Computational Fluid Dynamics – CFD) simülasyonları kullanıldı. Bu simülasyonlar sayesinde, yakıt hücrelerinin içindeki suyun üretimi ve taşınması, yerel sıcaklık dağılımları ve hücre performansı ile ilişkilendirildi.
Araştırmacılar, özellikle kanal altı ve kanal altı özelliklerine odaklanarak yakıt hücresinin içinde meydana gelen karmaşık ve sıkı çiftli etkileşimler hakkında daha fazla bilgi edinmeyi amaçladı. Bu sayede, PEMFC teknolojilerinin performansının artırılması için suyun kullanımı konusunda daha verimli ve etkili bir yolunun olup olmadığı araştırıldı.
Bu çalışma, yakıt hücreleri teknolojilerinde suyun kullanımı konusunda önemli bir adım olarak kabul edilmektedir. PEMFC teknolojilerinin yaygınlaştırılması, enerji üretimindeki verimliliği artırabileceği gibi, aynı zamanda çevresel etkileri de azaltabileceği için önemlidir. Bu nedenle, bu tür çalışmaların devam ettirilmesi ve yakıt hücreleri teknolojilerinin daha da geliştirilmesi için çaba harcanması gerekmektedir.
Araştırmacılar tarafından gerçekleştirilen hassas duyarlılık analizi, proton değişim membran yakıt hücreleri (PEMFC) için uygun çalışma sıcaklıkları ve bağıl nemi tutmanın, cihazın elektriksel performansını arttırdığını gösterdi. Analizler, 70-90 ºC sıcaklık aralığı ve yüksek bağıl nem seviyelerinin PEMFC performansını iyileştirdiğini ortaya koydu.
PEMFC, yüksek akım yoğunlukları (j=2,25 ve 2,57 A/cm2) altında çalıştırıldığında bile su difüzivitesinin ve elektro-ozmotik sürüklenmenin arttığını ve bu durumun iyonik iletkenliği geliştirdiğini gösterdi. Ayrıca, su doygunluğu ve zar hidratasyon seviyelerindeki azalmaya rağmen, buharlaşmanın PEMFC performansını etkileyecek kadar önemli olmadığı sonucuna varıldı.
Öte yandan, sıcaklık profili komploları analitik ifadeler veya ölçeklendirme yasaları aracılığıyla PEMFC’nin karakteristikleri ve tasarımıyla ilgili benzerlikler gösterdi. Oksidatör için yapılan çalışmalarda ise oksijen tüketiminin ve dağılımlarının tüm çalışma sıcaklıkları ile benzer olduğu ve en yüksek değerlerin kanalın altında bulunduğu, yük artışıyla oksijen konsantrasyonunun net bir şekilde azaldığı gözlemlendi.
Sonuç olarak, yapılan hassas duyarlılık analizi, tek bir değişkenin izole edilerek süreçlerin farklı yapısı ve işleyişine dair sağlıklı bilgilerin elde edilemeyeceğini ortaya koydu. Araştırmacılar, kanal altı ve kanal altı özelliklerine vurgu yaparak, PEMFC’nin içinde meydana gelen karmaşık ve sıkı çiftli etkileşimler hakkında daha fazla bilgi edinmeyi amaçlamaktadır.
DAHA FAZLASI İÇİN: Researchers delve into the role of water in PEM fuel cells
