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.