Mikro Yakıt Hücreleri

8/7/2019 Mikro Yakt Hcreleri

1/16

Mikro Yakt Hcrelerive Kullanlan Malzemeler

Hazrlayan: Gkhan Cokun


2/16


3/16

Mikro Yakt Hcrelerinde KullanlanMalzemelerin nemi

Yakt hcreleri, gelien teknolojiyle birlikte insanln kullanmna sunulan yksek teknikzellikli ve kombine elektronik aralara enerji salamak asndan byk nem tar. Ceptelefonu, tanabilir bilgisayar gibi elektronik aletler genellikle ikincil piller olarakadlandrlan arj edilebilir Li-ion ve Li-polimer pillerle almaktadr. Yakn zamanierisinde kullandmz bu aletler daha karmak ve ileri teknoloji rn halinegelmesiyle -rnein 3G telefonlar- ihtiya duyduklar enerji miktar artacak ve bu

enerjinin daha uzun sreli olmas gerekecek. Yakt hcreleri daha yksek ve daha uzunsreli kullanma olanak salayan enerjiyi retebilirler bu yzden mikro boyutta retilenyakt hcreleri ile tanabilir sistemler iin gerekli enerji salanm olacaktr. Bu enerjiayn zamanda green power zero emission olarak adlandrlan temiz enerjidir.


4/16

Yakt hcrelerinde ok eitli malzemeler kullanlr. Elektrotbipolar plakalargenellikle metal (nikel veya karbon nano tpler) olup daha yksek verim

eldesi iin platin, nano demir tozu veya paladyum gibi bir katalizrlekaplanmtr. Elektrolit , seramik veya suni membrandan yaplr ve bir karbonkat ile elektrotlardan ayrlrlar.

Kullanlan malzemeler, mikro yakt hcrelerinin retim maliyetleri - verimasndan byk nem arz etmektedir. Kaplamada kullanlan Pt verimiartrrken retim maliyetlerini de ykseltmektedir. Pek ok irket, hcredekullanlan Pt miktarn azaltmak da dahil olmak zere maliyetleri drmeninyolunu bulmaya almaktadr. Ballard Power Systems irketi, karbonla takviyeedilmi katalizr kullanarak ,performansta bir d olmakszn Ptkullanmnda %30 a varan azalma (1 mg/cm2 il 0.7 mg/cm2) salamtr.

Nafion ticari adyla bilinen proton deiim membrannn fiyat 400 /m ikenbu membran hidrokarbon polimer ITM Power membran ile deitirilerek fiyat4 /m ye ekilebilir.


5/16

Mikro Yakt Hcresi eitleri

Mikro Hidrojen Yakt Hcresi (-RHFC)

Dorudan Metanol Yakt Hcresi (DMFC)

Dorudan Formik Asit Yakt Hcresi (DFAFC)

Kat-Oksit Yakt Hcresi (-SOFC)


6/16

Kat-Oksit Yakt Hcresi (SOFC) Bileenleri

SOFC yakt hcreleri de dier yakt hcreleri gibi elektrolit, anot ve katotbileenlerinden olumaktadr. SOFC ler hem film halinde retilmeye uygun olmalarhem de eitli yaktlarla alabilme olana saladklarndan dier yakt hcrelerindenayrlmaktadrlar.


7/16

Elektrolit

Gnmzde retilen elektrolitler genellikle 10-200m kalnlnda olup, yatoz ilemleri ile ya da ince film halinde retilmektedir.Mikro boyuttaki SOFC lerin alma scakl 800C - 1000C arasndadeimekte olup film halinde retilen SOFC lerin 500C ve zerindekiscaklklarda dierlerine gre daha verimli olduu grmtr.

SOFC elektrolitlerinin film halinde retilmesinin 3 ana avantaj vardr:

- film halinde retimle kalnlk 100 1000nm aras drlerek ohmickayplar minimuma indirgenir, yani hcrenin direnci optimum seviyedetutulur.- retim esnasnda sinterleme scakl 1000 C altnda olur veya

sinterlemeye gerek duyulmadan da retilebilir.- ince filmin nanokristalin yapsn ayarlayarak elektriksel iletkenlii kontrol

etmek mmkndr.


8/16

YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) Elektrolit

YSZ elektrolit gnmzde kullanmda olan elektrolitler arasnda en ok tercihedilen ve kullanm alan bulan elektrolit malzemesidir.

YSZ Zirconia kafeslerine %3-16 mol kadar YO katlmasyla elde edilir.Yapdaki YO orannn deitirilmesiyle ok eitli deerlerde aktivasyonenerji deerleri ve elektrik iletkenlii deerleri elde edilebilmektedir.


9/16

YSZ alternatifi olarak retilen elektrolitler

- CGO (Ceria Gadolinia Oxide)

- LSGM (Lanthanum Strontium Gallium Manganite)- Bismuth- Oxide Based (-BiO)


10/16

Anot

retilmekte olan SOFC ler de anot olarak genellikle Ni kullanlmaktadr. Ni , YSZ veya dier

elektrolit yaplarla ok gzel bir uyum salayarak ayn scaklk deerlerinde ayn fazlardabulunarak reaksiyonlarn verimini artrmaktadr. Ayrca Pt ile kaplama gereiduyulmadndan retimde bir nebze olsun ekonomiklik salamaktadr.

Anodun geometrik yaps anot reaksiyonlarnn verimi asndan nemli olduu iin, filmhalinde retilmeleri ile salanan mkemmel geometrik dizilim bir art olarak karmza

kmaktadr.Gnmzde 5-20 m kalnlktaanotlar retilmeye balanmtr.Verimli bir reaksiyon iinkalnln 20m ve l fazbalarnn (YSZ ile yaplan ba)

uzunluu 3,7 m/cm olmasgerekmektedir.


11/16

Ni-YSZ bileimi de anot reaksiyonlarnn verimini artrmak iin kullanlmaya balanmtr.Porz bir grnm veren bu bileim YSZ levha zerinde delikli Ni tabakasndanolumaktadr.


12/16

Katot

Oksijen redklenmesinin gerekletii katotlardan iyonik ve elektronik iletkenliinyksek olmas beklenir. SOFC ler de 600C ve altnda alan katotlar genellikle Lave Sr dan oluan bir perovskit (LaxSr1-xBO3) yapda olurlar.

Bu bileimde Sr iyonlar La

iyonlar zerine gelir ve b

ylecetamamen iyonize olmu bir alcmeydana getirirler. Bu iyoniketkileimden yapdaki Oksitetkilenir ve O iyonlar iyonizealcya tutunur. Bylelikle katot p-tipi yar iletken gibi davranr ve busayede dardan alnan Oiyonlarna ayrtrlr.


13/16

Mikro Yakt HcreleriKullanm rnekleri

Sony tarafndan tanabilirbilgisayarlar iin gelitirilenmikro yakt hcresi.

MEMS sistemleri iin University ofIllinois tarafndan gelitirilmi

dnyann en kk yakt hcresi,30 saat boyunca 0.7 V gerilim ve0.1 mA akm salayabiliyor.


14/16

Mikro yakt hcreleri gnmzdezellikle tanabilir arj nitelerialannda kullanma sunulmaktadr.

Toshiba firmasnn rettii Dynario isimlitanabilir arj nitesi; 2 adet tipik ceptelefonu pilini arj edebilmekapasitesine sahip. DMFC tipi yakthcresi kullanlan bu arz nitesi 300$fiyatla Japonya da sata sunuldu.


15/16

Samsung gelitirdii mikro yakthcreli laptoplar 2006 ylndan buyana sergilemekte.

Bu yakt hcresi, Q35 model isimlitanabilir bilgisayar gnde ortalama 8saat altnda 1 ay yetebilecek gsalayabiliyor.


16/16

Documents

Mikro Yakıt Hücreleri