Proton Değişim Membran Yakıt Hücrelerinde Kullanılan Polimcrik Mcmbranın Modellenmesi

Abstract

Hidrojen enerjisinden elektrik üretimini sağlayan yakıt hücrelerinin çeşitli türleri olmakla beraber, üzerinde en çok çalışma ve araştırmanın yapıldığı tür proton değişim membranlı (PEM-proton exchange membran) yakıt hücreleridir. PEM yakıt hücrelerinin en önemli elemanı proton iletim özelliğine sahip polimerik membrandır. PEM yakıt hücrelerinin şu an ticarileştirilememesinin başlıca nedenleri maliyet ve kullanım ömrünün yeterli olmamasıdır. Şu an için yakıt hücrelerinin ömrünü sınırlayan nedenlerin başında, membranların kimyasal ve hidro-temo-mekanik özelliklerinin işletme sırasında kötüleşmesi gelmektedir. Bu çalışmada, membranın modellenmesi ve gerilme analizlerinin yapılabilmesi için gerekli olan visko-elastik ve visko-plastik modellerden biri olan 'overstress' kavramına dayanan viskoplastisite teorisi (VBO), membran malzemelerinden Nafıon 1 12 nin farklı sıcaklıklardaki çekme davranışının modellemesi için kullanılmıştır. Simülasyon sonuçları Solasi ve arkadaşları [l] tarafından yapılan çekme deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve oldukça uyumlu sonuçlar elde edilmiştir.

Although there is a variety of fuel celis providing electricity generation from hydrogen, proton exchange membrane fuel celis (PEMFC) are the types on which most research and studies are carried out because they are thought to be the most suitable for üşe in daily life. The most important element of PEM fuel celis is the polymeric membrane with proton conduction. The primary reason why PEM fuel celis currently cannot be commercialized is the insuffıciency of coşt and physical life. For now, the main barriers restricting the physical life of fuel celis are the failure and worsening of the membranes' chemical and hydro-thermo mechanical features during the operation. İn this study, as a starting point for modeling membrane, one of the unified State variable theories, viscoplasticity theory based on overstress (VBO) has been üşed to model the tension behavior of Nafıon 1 12, a membrane material, at different temperatures. Simulation results have been compared to the tension experiment results, carried out by Solasi et al. [I].