YAKIT PİLİ




Enerji ekonomik kalkınma için insanlığın vazgeçemeyeceği en önemli gereksinimlerinden biridir. Fosil enerji kaynaklarının çevre üzerindeki olumsuz etkileri ve rezervlerinin sınırlı olmasından dolayı, alternatif enerji kaynakları için araştırmalar devam etmektedir. Bu enerji kaynaklarından biri olan hidrojen enerjisi, yanma çevrimi olmaksızın elektrik enerjisi elde etmeye yarayan yakıt pillerini ortaya çıkarmıştır. Yakıt pilleri temiz, güvenli ve yüksek verimlerde çalışma gibi avantajları sebebiyle gelecekte en çok uygulama alanına sahip olabilecek enerji çevrim araçlarından birisidir. Düşük çalışma sıcaklığı ve yüksek verim gibi özellikleri ile Polimer Elektrolit Membran Yakıt Pilleri (PEM), taşıtlar için uygun bir enerji kaynağıdır. Polimer elektrot membran yakıt pilinin ana elemanları, platin-grafit çözeltisi ile kaplanmış gözenekli iki elektrot ile bunların arasında hidrojen iyonlarını geçiren elektrolittir. Bu elektrot–elektrolit çiftinden oluşan membran elektronları geçirmez fakat hidrojeni iyonlarına ayırarak iyon geçişini sağlar. Yakıt, pil içindeki membrana pil bünyesindeki gaz kanallarından geçerek ulaşır. hidrojen pilin anot tarafında bulunan kanaldan geçerek gözenekli elektrot yüzeyine ulaşır. Hidrojen gözenekli elektrot yüzeyinden geçerken platin aktif yüzeyiyle temas etmesi sonucu aşağıdaki reaksiyonla bir elektronunu vererek iyon haline dönüşür. H2 → 2 H + + 2 e –
İyon haline dönüşen hidrojen, elektrottan elektrolite geçerek katota ulaşır. Bu sırada platin aktif yüzeyinde hidrojenin vermiş olduğu elektronlar , dış devreden katota doğru giderken elektriki akım oluştururlar. Pilin katot tarafındaki kanaldan geçerek gö zenekli elektrota ulaşan oksijen buradan elektrolit elektrot ara yüzeyine ulaşır. Elektrolit -elektrot ara yüzeyinde, dış devreden gelen elektronlarla elektrolitten geçen hidrojen iyonları ve oksijen birleşerek aşağıdaki reaksiyonla su oluşturur.
2e - + 2H + + 1/2 O2 → H2O

Oluşan su katot tarafındaki kanaldan pili terk eder. PEM yakıt pillerinde elektrolit olarak yapısında flor bulunduran sulfonik asit gibi iyon değiştiren asidik membranlar kullanılmaktadır. Polimer membranın yakıt pilindeki görevi, protonun anottan katoda geçişini sağlamak ve katotta oluşan suyun anota geçmesini engellemektir. Yakıt pi linde kullanılan bu membranlar, anot ve katot arasında gaz geçişini engellemeli ve yalıtkan olmalıdır. Ayrıca membranlar yüksek kimyasal ve elektrokimyasal kararlılık için ince olmalıdırlar. İlk pratik yakıt pili projesi 20. yüzyılda Ralph tarafından yapılmıştır. Ralph, yakıt pili maliyetini düşürmek için nikel elektrotlu H2/O2 alkali yakıt pili sistemlerini araştırmıştır. Ralph ayrıca gaz difüzyonu için gözenekli elektrotlar kullanarak gazlar arasındaki reaksiyon hızını arttırmıştır. Gottesfeld ve arkadaşları, taşıtlar için geliştirilmesi düşünülen 80 kW‘lık bir yakıt pili maliyetinin 1984‘te yaklaşık 33.000 $ olduğunu, ince film teknolojisi ile maliyetin 1991 yılında 500 $ civarında olduğunu belirtmişlerdir. 

Yorumlar