Transcript Yakıt Pilinin Bileşenleri

Yakıt Pilinin Bileşenleri
Bir hücrenin temel bileşenleri şekilde görüldüğü gibidir.
1. Membran
Proton ileten polimer membran, PEM tipi yakıt pillerinde elektrolit olarak Kullanılır. Membran
kalınlığı 12-210 µm arasında değişir. Ticari olarak kullanılan elektrolit, Dupont firmasının
ürettiği Florinli Teflon(Perflorosulfonik asit-PFSA) malzemesidir. Dayanıklı ve yüksek
protonik iletkenliğe sahiptir (0.2 S/cm)
CF2=CFOCF2CFOCF2CF2SO3H
CF3
Bu malzemenin ticari adı Nafion’ dur ve en sık kullanılan tipi 117 Numaradır. Benzer
malzemeler başka firmalar tarafından da üretilmektedir (Gore and Associate, Asahi
Glass..)
Memranalarda, proton iletkenliğinin iyi olması için yüksek nemde olmalıdır. Bu da PEM tipi
yakıt pillerinin çalışma sıcaklığının suyun buharlaşma sıcaklığının altında çalışmasını
gerektirir. Nafion membranlar değişik kalınlıklarda gelir ve istenilen boyutta kesilir.
Kalınlıkları 25.4 -254 µm arasında olabilir. Temizlik ve yırtılmaya karşı dikkatli tutulmalıdır.
Membranlar düşük hücre direncine sahiptir ( 1 A/cm2 de 50 mV). Membranların, maliyeti,
destek yapılarına ihtiyacı ve çalışma sıcaklıklarının sınırlı olması gibi dezavantajları vardır.
Genellikle yakıt pillerinde sıcaklık arttıkça verim artar. Fakat PEM tipi yakıt pillerinde
membranların kuruması, iyonik iletimin azalması, membranın mekanik özelliklerinin
kötüleşmesi(yumuşaması) ve artan yakıt sızıntılarından dolayı artan parazitik kayıpların
oluşmasıyla verim azalır. Bu duruma çözüm olarak hidrokarkonlu membranlar PFSA daki
Nafion’ un kimyasal yapısı
2. Elektrod Tabakası
Elektrot tabakaları, katalizör, poroz elektrot ve gaz difüzyon tabakasından meydana gelir.
Yakıt pili tipi ne olursa olsun, katalizör, molekülleri elektron ve protonlara ayırmak için çok
efektif olmalıdır. Yüksek yüzey alanına ve düşük maliyete sahip olmalıdır. Poroz elektrot
tabakası:
• Yüksek elektriksel iletkenliğe sahip olmalı
• Kimyasal ve fiziksel olarak stabil olmalı
• Üretimi ve bulunabilirliği kolay olmalı
• Tercihen ucuz olmalı
• Yeterli poroziteye sahip olmalı
• Isıl, kimyasal ve fiziksel olarak yakıt pillerindeki diğer parçalarla uyumlu olmalı
2. 1. Katalizör
Yakıt pillerinin elektrotları ince bir katalizör tabakasıdır. Elektrodlar, genellikle karbon destekli
platinyum ve ionomer karışımından oluşan bir poruz yapıdıdan oluşur. Reaksiyonları katalize
etmek için, katalizör parçacıkları hem protonik hemde elektronik iletkenlerle temas etmelidir.
İstenilen reaksiyon oranlarının elde edilmesi için aktif katalizör alanının, elektrotların
geometrik alanından birkaç kat daha büyük olması gerekir. Bu yüzden elektrotlar poruz yapılır.
PEM yakıt pili üreticileri, elektrotları direkt olarak mebranla birlikte üretirler. Böylece daha
düşük maliyet, daha iyi katalizör dağılımı ve gelişmiş kütle iletimi elde edilir. Elektrotların
kalınlığı 5-15 mikron arasındadır. Katalizör ise, 0.1-0.5 mg/cm2 arasındadır. Katalizörlerin
ağırlığından ziyade yüzey alanı daha önemlidir. Karbon destek fiberleri üzerine iyi yerleşmesi
için geniş yüzey alanına sahip (küresel) küçük platin parçacıkları (4 nanometre veya daha
küçük) kullanılmalıdır.
2.2 Gaz difüzyon tabakası
Bu tabaka katalizör tabakası ile bipolar plaka arasında yer alır. GDL, bipolar tabaka ile elektrot
arasında elektriksel temas sağlar ve reaktantları etkin bir şekilde elektrodlara dağıtır. Ayrıca
reaksiyon ürünü olan suyun, elektrot yüzeyinden çıkmasını sağlar. GDL, poruz yapılır (Karbon
kumaş veya kağıt)ve elektriksel olarak iletkendir. Kalınlığı 0.0017-0.04 cm ve yoğunluğu 0.210.73 g/cm2 ve porozitesi % 70-80 arasındadır.
Karbon kumaş
karbon kağıt
10% Wt. Platinum on Carbon Black 5 grams