Yakıt Pili ve Kontrol - challenge.tubitak.gov.trchallenge.tubitak.gov.tr/assets/yakit-pili-ve-kontrol-sistemi.pdf · hidrojen üretim sistemi, yakıt pili bileşenlerinin ve modülünün
Post on 24-Sep-2019
10 Views
Preview:
Transcript
Sunum Planı
• Yakıt Pilleri ve türleri
• PEM Yakıt Pilleri
• Ticari Ürünler
• PEM Yakıt pilinin kontrolü
• Hidrojenin özellikleri ve depolanması
• Ticari Yakıt Pilli Araçlar
• Ekipmanlar
Yakıt hücresinin prensipleri ilk olarak Christian Friedrich Schönbein tarafından 1838 de bulunmuş ve "Philosophical Magazine" in Ocak 1839 baskısında yayınlanmıştır.
Bu çalışmadan esinlenen William Robert Grove 1843 de, suyun elektrolizinin ters reaksiyonu sonucunda sabit akım ve gücün üretildiğini fark etti ve ilk yakıt hücresini geliştirmiştir.
1955 de, General Electric şirketinde çalışan bir kimyacı olan W. Thomas Grubb, sülfonlanmış iyon-değişim membranı polisitireni elektrolit olarak kullanarak yakıt pili tasarımını değiştirmiştir. GE den Leonard Niedrach, hidrojenin oksidasyonu ve oksijenin redüksiyonu için Pt katalizörü membran üzerine kaplama metodunu geliştirmiş ve tarihe 'Grubb-Niedrach yakıt pili olarak geçmiştir.
1958 yılında GE bu teknolojiyi NASA ile birlikte daha da geliştirdi ve Gemini uzay projesinde ilk ticari yakıt pilini kullanılmıştır.
YAKIT PİLLERİNİN GELİŞİMİ
http://www.fuelcelltoday.com/media/1711108/fuel_cell_electric_vehicles_-_the_road_ahead_v3.pdf
1959 da Francis Thomas Bacon 5 kW lık
durağan bir yakıt hücresi geliştirmiştir. Aynı
yıl, Harry Ihrig liderliğindeki araştırmacılar
15 kW lık bir yakıt pili yapmışlardır. Bu
sistemde elektrolit olarak potasyum
hidroksit, reaksiyona giren maddeler
olarak ise sıkıştırılmış hidrojen ve oksijen
kullanmıştır.
1959'un sonlarına doğru Bacon ve
arkadaşları bir kaynak makinasını
çalıştırabilen 5 kW lık bir yakıt pili
yapmışlardır.
1960'larda Bacon'ın patentleri ABD'nin
uzay araştırmaları programında elektrik ve
içme suyu sağlamada kullanılmıştır.
1970’li yıllarda, Dupont firması tarafından
yakıt pili için yüksek verimli nafyon
membranı elektrolit olarak üretilmiştir.
YAKIT PİLLERİNİN GELİŞİMİ
http://www.fuelcelltoday.com/media/1711108/fuel_cell_electric_vehicles_-_the_road_ahead_v3.pdf
İlk Yakıt Pilli Araçlar
http://www.fuelcelltoday.com/media/1711108/fuel_cell_electric_vehicles_-_the_road_ahead_v3.pdf
8
Yakıt pilleri yakıttaki kimyasal enerjiyi herhangi bir enerji dönüşüm
prosesi gerekmeksizin elektrik enerjisine yüksek verimle dönüştüren
cihazlardır.
Yakıt Pili
Temizdir
Sessizdir
Yüksek verimlidir
Modüler yapıdadır
Çok değişik kapasitelerde
olabilir (Güç Üretimi – MW,
Taşınabilir Cihazlar – kW)
YAKIT PİLİ TÜRLERİ
Yakıt pilinin işletim sıcaklığın göre
Düşük sıcaklık : 25-100 oC
Orta sıcaklık : 100-500 oC
Yüksek sıcaklık : 500-1000 oC
Kullanılan elektrolite göre
Alkali yakıt pili (AYP),
Fosforik asit yakıt pili (FAYP),
Polimer elektrolit membranlı yakıt pili (PEMYP)
Doğrudan metanol yakıt pili (DMYP)
Sodyum borhidrürlü yakıt pili (SBHYP)
Erimiş karbonatlı yakıt pili (EKYP),
Katı oksit yakıt pili (KOYP)
PEM Yakıt pili yığını ve bileşenleri
http://cevre.beun.edu.tr/dersnotu/yakitpilleri/cev346-yakit-pilleri.pdf
PEM Yakıt Pili Yığını ve Bi-polar plaka detayı
http://cevre.beun.edu.tr/dersnotu/yakitpilleri/cev346-yakit-pilleri.pdf
Polarizasyon Eğrisi
http://www.ssm.gov.tr/anasayfa/hizli/duyurular/etkinlikler/konferanslar/Documents/BorCalistayi/I.Oturum/Sodyum%20Borhidr%C3%BCrle%20%C3%87al%C4%B1%C5%9Fan%20Ta%C5%9F%C4%B1nabilir%20Yak%C4%B1t%20Pili%20Geli%C5%9Ftirilmesi%20ve%20Sav.Sanayinde%20Kullan%C4%B1labilirli%C4%9Fi,%20Pr.pdf
YAKIT PİLİ – ÜRÜNLER
Küçük sabit güç uygulamaları için bazı ürünler ve fiyatları
Üretici/Ürün Uygulama Boy
ut,
kW
Satış fiyatı,
$
APC/InfraStruX-
FCXR10-30
Bilgisayar
sistemleri için
yedekleme
30 25 000
IdaTech/ElectraGen 3 ve
ElectraGen 5
Telekomünikasyon 3-5 -
RellOn/T-1000 ve T-2000 Yedekleme gücü 1-2 4 500-
9 000
Plug Power/GenSys 5C
ve GenSys 4C
Evsel ve küçük
ticari uygulamalar
için grid paralel
CHP
2.5-
5
55 000
Yakıt Pilinde TEMEL GELİŞTİRME ALANLARI
Hücre performansını artırma
(etkin elektrot, elektrolit, CO toleransı,vb)
Sistem basitleştirme
Maliyeti düşürme
Boyut azaltılması
Ağırlık azaltılması
Isı ve su yönetimi (Hava – Su soğutmalı)
Ömür ve güvenilirlik
Isı geri kazanımının iyileştirilmesi
Yakıt depolama, koşullandırma ve dağıtım geliştirilmesi
Malzemelerin geri dönüşümü
Hidrojen
43
Renksiz, kokusuz, tatsız bir gazdır. Hafif olduğu için yüksek yayılma hızına sahiptir. Havadan 15 kat daha hafiftir.
Yakıt karşılaştırması
Yakıt Spesifik
Enerji
(W.sa/kg)
Güç
Yoğunluğu
(W.sa/L)
H2 700 bar 39 406 1 250
H2 sıvı 39 405 2 359
Doğal gaz 14 889 10
LNG 14 889 6 167
Dizel 12 667 10 722
LPG 13 778 7 028
Benzin 12 889 9 500
Etanol 8 333 6 667
Metanol 5 472 4 333
Ni-MH Batarya 80 140-300
Li-ion Batarya 100-243 250-731
NaBH4 9 285 -
Toyoto Mirai 2016 2 000 3 100
Honda 2016 - 3 100
46
Amaçlar
Araç uygulamaları için Borhidrürden hidrojen üretecek 3kWe gücünde Polimer Elektrolit Membran (PEM) tipi yakıt pili teknolojisine dayalı sistemi geliştirmektir. Projede Bordan hidrojen üretmek için küçük ölçekli hidrojen üretim sistemi, yakıt pili bileşenlerinin ve modülünün üretimi, güç şartlandırma ve kontrol sistemleri ile yakıt pili ve hidrojen üretim sisteminin araç içine entegrasyonu gerçekleştirilecektir.
Sonuçlar (Çıktılar, Kazanımlar)
Borhidrürden hidrojen üretim sistemi (50 L/dak)
3 kW PEM yakı pili
İlk yerli araç
Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pilli Araç 2009-2011
Destekleyen : Ulusal Bor Enstitüsü-BOREN
BORMOBİL
Hidrojenin Depolanması
Kompozit tanklarda gaz olarak (150-700 Bar) Sıvılaştırılmış olarak (-253 C) Cam mikro kürelerde Karbon nano tüplerde Metal hidrürlerde (güvenlik ve H2 depolama
kapasitesinden dolayı taşıt ve mobil uygulamalarda tercih edilmektedir.)
NaBH4 ve yer altı mağaralarda
Araçların karşılaştırılması
Geleneksel Hibrit Hidrojen Batarya
Referans araç Volkswagen
Golf VI
Toyota
Prius III
Honda FCX
Clarity
Nissan
Leaf
Yakıt ağırlığı (kg) 40.8 33.3 4.1 171a
Depolama kapasitesi (kWh) 500 409 137 24
Spesifik enerji (Wh birincil/kg
yakıt)
12,264 12,264 33,320 140a
Depolama sistem ağırlığı (kg) 48 40 93 300b
Spesifik enerji (Wh birincil/kg
depolama)
10,408 10,261 1,469 80
Net güç (kW) 90 100 100 80
Güç sistemi ve yardımcı ağırlık
(kg)
233 253 222 100
Spesifik enerji (Wh birincil/kg
toplam ekipman)
1,782 1,398 315 60
Ortalama dönüşüm verimi, % 21 35 60 92
Etkin depolama kapasitesi (kWh
kullanılabilir)
105.0 143.1 82.0 22.1
Spesifik enerji (Wh
kullanılabilir/kg toplam ekipman)
374 489 260 55
a Sadece lamine lityum-iyon hücreler.
b Batarya yönetim ve soğutma sistemleriyle birlikte
Alt (LEL) ve Üst (UEL) Patlama Sınırları
Tüm yanıcı gazlarda alt (LEL) ve üst (UEL) patlama
limitleri önemlidir. Bu sınırlar arasındaki
konsantrasyon patlayıcı atmosferdir.
H2 Akış ölçer
(L) (W.sa)
Takım Geçerli Tur H2 tüketimi Enerji Yıl
A 10 395 - 2014
B 10 246 -
C 9 293 -
D 7 178 -
K 10 63 - 2015
L 10 79 -
M 10 98 -
N 10 176 -
O 10 86 -
P 9 277 -
X 11 80 171 2016
Y 8 11 399
Z 5 11 251
top related