Yakıt Pili Nedir?Nasıl Çalışır?Yakıt Pili Çeşitleri

1. YAKIT PİLLERİ NEREDEN GELMİŞTİR




İlk yakıt pili 1839’ da Galli bir hakim ve bilim adamı olan sir William Grove tarafından üretildi. 1960’ larda ABD uzay programında geliştirilmiş olup atmosfere sadece saf su bırakan ve patlamalı olmayan bir kimyasal elektriksel enerji çevirimi sağlayan ve hiç bir hareketli parçası olmayan solar enerjiden ucuz ve nükleer güçten daha az riskli olan yakıt pillerini seçene kadar pratik bir batarya türü olarak yakıt pilleri hiç önemsenmedi.


Yakıt pilleri “Gemini” ve “Apollo” mekiklerinde kullanılmış olup, şu anda bile uzay istasyonları için elektrik ve su sağlamaktadır.



2. YAKIT PİLİNİN ÖNEMİ




Yeni bir bin yıla girerken yakıt pilinin dünya çapında araçların kullanımında inanılmaz şekilde artacağı ve enerji için dünya çapında rağbet göreceği tahmin ediliyor. Enerji stoklarımızı korumak, çevremizi korumak ve yaşam kalitesini düzeltmek için dünyanın enerji ihtiyaçları için teknolojiden yeterince yararlanmak gereklidir. Arabalar, evler ve enerji santralleri için yeterli çok yönlü bir teknolojiye ihtiyaç vardır. Çevremize verilen zararları tersine döndürmeye yardım edebilecek yeterince temiz bir teknoloji gereklidir. O teknoloji yakıt pilleridir.


Yakıt hücreleri, konvansiyonel güç üretim sistemlerine göre aşağıdaki üstünlüklere sahiptir.




- Çevresel kirlilik oranı düşüktür.


- Enerji üretim verimi oldukça yüksektir.


- Farklı yakıtlarla çalışabilir. (Doğal gaz, LPG, Metanol ve Nafta)


- Egzoz ısısı yeniden kazanılabilir.


- Modüler yapıdadır.


- Montaj süresi kısadır.


- Çok yüksek miktarda soğutma suyu ( deniz suyu gibi ) gerektirmez.


- Güvenilir bir sistemdir.


- İşletim karakteristiği uygulamada kolaylıklar sağlar.


- Geleceğe yönelik olarak gelişme potansiyeli oldukça yüksektir.


- Katı atık ve gürültü problemi yoktur.





3. YAKIT PİLLERİNİN ÇEŞİTLERİ




Elektroliti dışında tüm yakıt pillerinin dizaynı neredeyse aynıdır. Kullanılan elektrolit malzeme çeşidine göre 5 çeşit yakıt pili tanımlayabiliriz.




1- Değişken proton membranlı yakıt pilleri


2- Fosforik asitli yakıt pilleri


3- Alkalin yakıt pilleri


4- Eriyik karbonatlı yakıt pilleri


5- Yoğunlaştırılmış oksitli yakıt pilleri




Özel uygulama alanlarında her yakıt pili teknolojisi kendini çekici kılan uygulama özelliklerine sahiptir. Pil pazarı büyük güç ünitelerinden düşük watt uygulamalarına taşımada büyük değişiklikler gösterir. Her pazar payı farklı bir enerji teknolojisi yaklaşımına uyum gösterir.


Halen ticari teknolojide geçerli tek pil çeşidi fosforik asit pilleridir. Bunlar savunma bölümü yakıt pili geliştirme programında kullanılmaktadır. Fosforik asit teknolojisi yüksek uygulama derecelerinde sıvı asiti kontrol edebilmek için düşük dereceli destek sistemlerinde, çok pahalı materyallerin kullanımında ve daha iyi durumda muhafazasında başarıyla uygulanır.


Alkalin pil teknolojisi uzay mekiği uygulamalarında ve NASA’ nın diğer uygulamalarında geniş kullanım alanı bulur. Alkalin yakıt pilleri genelde iletim için kullanılırlar. Fakat havada bulunan karbon oksitlere karşı çok duyarlı olduğu için yer uygulamalarında kullanmak zordur.


Eriyik karbonat teknolojisi daha yüksek derecelerde çalışırlar ve en çok 1-20 MV kapasite aralığına uygundur. Büyük güç santralleri ile yeniden üretme tesislerinde kullanılırlar. Dünyada sınırlı sayıda uygulama alanları vardır.


Yoğunlaştırılmış oksijen teknolojisi de yüksek derecelerde kullanılır. Bu yüksek işlem dereceleri sayesinde tasarı ve uygulama dalları çok özendiricidir. Plakaları soğutmak için basınçlı katot havasını kullanır. Yakıt pili dizileri sıcaklık, su ve basıncı kontrol eden ve sistemin kendi başına çalışmasını sağlayan pek çok alt sisteme sahiptir. Bu alt sistemler; su pompaları, su arıtma istasyonları, hava kompresörleri, soğutma pompaları ve radyatörler olabilir. Bir yakıt pilinin gücü ve verimi çok parklı değerlerde olabilir.


Bir çoğunun ebatları küçük olup 0,5 ve 0,9 volt arasında DC elektrik üretirler. Bazı piller düşük ve orta voltajlı sistemlere daha yüksek voltaj üretmek için bir grup halinde “yığın” adı ile çalıştırılabilirler. Yakıt pili üretim tesisinde güç bölümünün en önemli kısmı “yığın” kısmıdır. Diğerleri ise yakıt alıcısı ( işleyicisi ) ve güç düzenleyicisidir.




PARAMETRE ALKALİN YAKIT PİLİ FOSFORİK ASİT YAKIT PİLİ YOĞUNLAŞMIŞ OKSİTLİ YAKIT PİLİ ERİYİK KARBONATLI YAKIT PİLİ DEĞİŞKEN PROTON MEMBRANLI YAKIT PİLİ


ÇALIŞMA DERECESİ (°C) 80 – 250 150 – 220 650 – 1000 600 – 700 50 – 120


PLATİN KULLANIMI Yok Var Yok Yok Var


GÜÇ YOĞUNLUĞU ( W/kg ) 35 – 105 120 – 180 15 –20 30 –40 350 – 1500


VERİM


( % ) 42 – 73 40 – 47 45 – 50 50 – 57 40 – 60


ATIK ISI KULLANIMI Yok Sınırlı Var Var Yok


Hz YAKIT KAYNAĞI Saf Hz İşlenmiş Metanol, Doğal Gaz Doğal Gaz Doğal Gaz İşlenmiş Metanol, Doğal Gaz




Şekilde Yakıt pillerinin karşılaştırılması gösterilmiştir.


Yakıt alıcısı hidrojence zengin doğal gaz veya diğer yakıtlardan karbondioksit ve belirli miktarda karbonmonoksit çekerler. Yakıt pillerinde hidrojen sağlanması için yakıt işlemenin 3 farklı yolu vardır.




1- Buhar metodu : Buharla hafif hidrokarbon yakıtlarının reaksiyonundan oluşan basit bir metottur.


2- Parçalı oksidasyon : Yakıtın tamamen yanmamasıdır. Daha ağır hidrokarbon sıvıları kullanımı ve üretimi içerir.


3- Gazlaştırma : Kömürü oksijen ve buharla yüksek sıcaklıkta reaksiyona sokarak kömürü gazlaştırır.




En son olarak DC elektriği AC elektriğe çeviren ve güç düzenleyicisi denilen bir çevirici bulunur. Bu kısım aynı zamanda yükün ihtiyacına göre farklı değerlerde regüleli ve akım çıkışları sağlar.

*