14.05.2014
PLAZMA YAKIT PİLLERİ
Prof. Dr. BEYCAN İBRAHİMOGLU
Dr. M. Zeki YILMAZOĞLU*
[email protected]
Yakıt pilleri
• Çalışma prensibine, kullanım alanına ve tasarım
yapısına göre farklılık gösteren yakıt pilleri son
yıllardaki Ar-Ge çalışmalarıyla geliştirilmiştir.
• Çalışma sıcaklıklarına göre yakıt pilleri
• 1. Düşük sıcaklık (çalışma sıcaklığı-100oC kadar)
• 2.Orta sıcaklık (çalışma sıcaklığı 100-300oC).
• 3. Yüksek sıcaklık (çalışma sıcaklığı 300oC ve
üzerinde)
• 4. Rejeneratif veya Redoks elemanlı yakıt pilleri
1
14.05.2014
• Kullandıkları elektrolite göre:
Alkali, Katı polimerli, Fosforik asit , Erimiş karbonatlı ve Katı
oksit yakıt pili
Tüm Yakıt pillerinde oluşan prosesleri beş gruba ayırmamız
mümkündür.
• 1.Yakıt pilinde tepkimeye giren maddelerin hazırlanması ve
aktarımı
• 2.Elektrokimyasal reaksiyon oluşumu
• 3.Elektrolit aracılığıyla iyonik iletim
• 4.Dış devre aracılığıyla elektrik iletimi
• 5.Yakıt pilinde reaksiyon sonucu oluşan ürünlerin dışarı
atılması
Yüksek sıcaklı yakıt pilli (Katı Oksit YP) hidrojen
dışında hidrokarbonlar, doğal gaz, alkoller ve hatta
katı yakıtlar-kok ve odun kömürü ile çalıştırılabilir.
Bu yakıt pillerinde katottan-anoda doğru yüksek
iyon geçiriciliği olan farklı membranlar
kullanılmaktadır.
KOYP’nin çalışma sıcaklığı 700-1000°C arasındadır.
Düşük sıcaklıkta çalışabilen Membran Elektrik
Grubunun (MEG) geliştirilmesi üzerinde
araştırmalar yapılmaktadırlar.
2
14.05.2014
• Yakıt Pilinin çalışması için hidrojen ve
oksijenin tepkimeye girmesi
gerekmektedir.
• Bu proses oksijenin katot bölgesinde
iyonlaşarak O-2 iyonların elektrolitin
diğer yüzeyine geçmesi ve yüksek
sıcaklıkta 700-1000°C hidrojenle
tepkimeye girmesiyle sonuçlanır
(Yakıtın oksitlenmesi prosesi).
Elektrokimyasal reaksiyonda yer alan
temel aşamalar
1.Anot
2.Yakıt odası
3.İyonik ve elektronik iletim
4.Elektrokimyasal reaksiyon
5.Hava odası
6.Elektrokimyasal reaksiyon
7.Katot
Yakıt
Hava
2
4
6
3
1
5
7
Atık
Atık
3
14.05.2014
Katı Oksit Yakıt Pilinde oluşan tepkimeler
Anoda ulaşan oksijen
iyonları, hidrojen ve
karbonmonoksit ile
reaksiyon sürecinde su ve
karbondioksit oluşturur
ve serbest elektronlar
açığa çıkar.
CO + O-2 → CO2 + 2eH2 + O-2 → H2O + 2e-2
anot tepkimesi
O2 (g) + 4e- → 2 O-2
katot tepkimesi
İYONLAŞMA PROSESİ
•
•
•
•
Yakıt pillerine verilmiş gaz iyonlaşarak pilin
çalışmasını sağlamaktadır. Bir başka deyimle, yakıt
pilinin verimliliği gazın iyonlaşmasına bağlıdır.
Yakıt pillerinde iyonlaşma, elektrokimyasal proses
olup katalizör eşliğinde yapılmaktadır.
Fakat iyonlaşma prosesini, Termik, Elektroark,
Elektromanyetik, Elektrokimyasal, Lazer ve diğer
yöntemlerle elde etmemiz mümkündür.
Aynı zamanda iyonlaşma prosesi maddenin plazma
halini karakterize etmektedir.
Bu iyonlaşmanın plazma ile sağlanması durumunda
yeni bir yakıt pili ortaya çıkmaktadır.
PLAZMA YAKIT PİLİ
4
14.05.2014
Plazma
• Düşük sıcaklı plazma kullanılarak
havanın iyonlaşma prosesi
• Atmosfer basıncında havanın
plazmalaştırılmasından sonra
elektronların negatif yüklü iyonlara
dönüşmesi
Plazma
• e + O2 →O- + O
veya
• O2 + N2 + 4e →2O-2 + N2
•
Havanın plazma haline dönüştürülmesi
prosesinde oksijenden negatif iyonlar oluşmakta
ve yüklü parçacıkların miktarı
değişmemektedir.
• Plazmanın bu özelliği onun yakıt pillerinde
kullanılmasının mümkün olmasını ortaya
koymaktadır.
5
14.05.2014
Deney düzeneği
• Deney düzeneğinde katot yüzeyi
katalizörsüz olarak sinterlenmiş seramik
membran kullanılmıştır.
• Membranın bir yüzeyine H2 gazı, diğer
yüzeyine oda sıcaklığında hava
iyonlaştırılarak verilmiştir.
DENEY DÜZENEGİ
1
H2
H2
2
3
4
5
6
+
-
-
e-
7
+
6
14.05.2014
Deney düzeneğini oluşturan parçalar
1.Plazma oluşturma odası.
2.Hidrojen odası.
3.Seramik membran.
4.Anot akım toplayıcı.
5.Katot akım toplayıcı.
6.Voltmetre.
7.Ampermetre.
8.Termokupl
9. Plazma oluşturucu.
10.Plazma güç kaynağı.
11.Conta.
Seramik membran
• Membran kalınlığı 250m skandiyum oksit ile
stabilite edilmiş zirkonyum oksit (SeSz) elektrolit
şerit döküm tekniği ile imal edilmiştir.
• Membranın sadece katot tabakası LSF/ScSz 30m
kalınlıkta elektrotla kaplanmıştır.
Seramik membran üzerinde yapılan ilkin
çalışmalardan elde edilen veriler plazmanın
yakıt pillerinde kullanılmasının perspektifini
ortaya koymaktadır.
7
14.05.2014
Deneylerin yapılması
• Seramik membranın her iki yüzeyine akım
toplayıcılar konularak deney düzeneğine monte
edilmektedir.
• Deney düzeneği seramik membranın anot yüzeyi
hidrojen, Katot yüzeyi ise plazma iyonlarıyla
temas etmeleri dikkate alınarak tasarlanmıştır.
• Akım toplayıcıların arasına yalıtkan conta
koyularak ölçüm cihazlarına bağlanmaktadır.
Deneylerin yapılması
1.Deney düzeneğinin Kuvars dan yapılmış hidrojen odasına,
hidrojen verilecektir.
2.Oda sıcaklığındaki hava, plazma dönüştürücü ile
iyonlaştırılacaktır.
3.Plazma odasındaki iyonlar seramik membranın yüzeyine
verilecektir.
4. İyonların seramik membranlara verilmesiyle membranın
yüzeyleri arasında potansiyeller farkı oluşması
beklenmektedir.
8
14.05.2014
TEŞEKKÜRLER…
9
Download

plazma yakıt pilleri