maltepe escort pendik escort alanya escort bostanci escort alanya escort bayan kartal escort Yakıt Pili Yazı Dizisi 8: Erimiş Karbonat Yakıt Pili – Biyoküre

Yakıt Pili Yazı Dizisi 8: Erimiş Karbonat Yakıt Pili

Erimiş Karbonat Yakıt Pili

Erimiş karbonat yakıt hücresinde (EKYH) alkali karbonat tuzları elektrolit olarak kullanılmaktadır. 650°C sıcaklığa kadar ısıtılan hücrede  karbonat iyonları (CO3¯³) anottan katoda iletilir. Anotta, hidrojen iyonlarıyla reaksiyona girerek su, karbondioksit gazı ve elektron üretilir. Dış bir elektrik devresinden geçen elektronlar elektrik gücü sağlayarak katoda geri dönerler. Burada, havadan gelen oksijen ve anottan tekrar çevrime sokulan karbondioksit gazları elektronlarla reaksiyona girerek elektroliti besleyen ve yakıt hücresinden akımını aktaran CO3¯³  iyonları oluşturur. Hücrede oluşan tüm reaksiyonlar aşağıdaki gibidir:

Anot reaksiyonu:                  H2 (g) + CO3¯² → CO2 (g) + H2O + 2e¯

Katot reaksiyonu:                 1/2O2 (g) + CO2 (g) + 2e¯   → CO3¯³

Hücre reaksiyonu:               2H2 (g) + 1/2O2 (g) → H2O

alternativefuels.about.com

Yüksek sıcaklıkta EKYH’ler ya iç ya da dış dönüştürücü kullanarak çeşitli yakıtlardan hidrojen elde edebilirler. Karbonmonoksit zehirleme olasılığının düşük sıcaklıkta çalışan yakıt hücrelerine oranla daha az olması, kömür kökenli gaz yakıtlarının da kullanılabilmesi erimiş karbonat yakıt hücrelerinin kullanımını daha cazip hale getirmektedir. EKYH’lerinde elektrot malzemesi olarak platinden daha ucuz olan nikel ve nikel alaşımları kullanılmaktadır. EKYH’lerin % 66’a varan verimleri vardır ve bu verim atık ısının kombine ısı-güç üretiminde kullanılması durumunda % 80’lere kadar ulaşabilmektedir.

Japonya’nın Kawagoe kentinde 1 MW elektrik üreten sistem faaliyet göstermektedir. Şu anda, test üniteleri 2 MW güce ulaşmışlardır. Ancak araştırmalar 50 ila 100 MW kapasiteli büyük  üniteler içinde EKYH’lerinin uygulanabilir olduğunu göstermiştir.

1. Erimiş karbonat yakıt hücresi anodu

Hücrenin katodunda hava ve karbondioksit beslemeleri sonucunda üretilen karbonat iyonları yakıt elektrodu diye adlandırılan anoda gelir ve anotta aşağıdaki denklem ile verilen yükseltgenme reaksiyonu gerçekleşir.

H2+CO-23 → H2O+CO2+2e

Erimiş karbonat yakıt hücresi anodu; gözenekli bir yapıda olup anot materyali olarak genellikle gözenekli saf nikel yanında Ni-Cr ve Ni-Al alaşımları da kullanılır. Bu maddelerin düşük yüzey alanına sahip olması yanında iki dezavantajı daha bulunmaktadır. Bunlardan birincisi elektrot yapısındaki nikelin karbonatlar tarafından yüksek sıcaklıktaki çalışmalarda çözünmesi, diğeri ise katot gözeneklerinin küçük olması durumunda anot gözeneklerinin polarize olmasıdır.

Anot yüzeyinde küçük gözenekler hava bariyerleri olarak adlandırılır. Bunlar koruma görevi yapar. Erimiş karbonat yakıt hücrelerinde 0,5-0,8 mm kalınlığında  %60  gözeneklilikte sinterlenmiş  nikel ve  nikel  karışımları kullanılmaktadır. Anotta meydana gelen sorunları çözebilmek amacıyla anot malzemeleri üzerinde yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Bu araştırmalarda anot malzemesine krom malzemeler katılmış, seramik, LiFeO2 ve LiFeO2 ile Mn ve Nb gibi maddelerle kaplanarak çözünürlük, gözeneklilik ve yüzey alanı sorunları azaltılmaya çalışılmıştır. Geçmişten günümüze kullanılan anot materyalleri aşağıda verilmiştir.

Tablo. Geçmişten günümüze kullanılan anot materyalleri

1965’den önce 1965-1975

Şimdi

Pt, Pd ve Ni Ni-Cr %10’luk

Ni-Cr, Ni-Al gözenekli Mn,Nb,seramik malzemeler

 

 

2. Erimiş karbonat yakıt hücresi katodu

Erimiş karbonat yakıt hücrelerinde katot malzemesi olarak genelikle gözenekli nikel oksit plaka kullanılmaktadır. Bu elektrot üzerinde hücre reaksiyonlarından denklem de verilen oksijen ile karbonat iyonlarının oluşturduğu reaksiyon gerçekleşir.

1/2 O2 + CO2 + 2 e¯ → (CO3)²-

Tablo. Kullanılan katot materyalleri

1965’den önce 1965-1975 Günümüzde
Ag2O, NiO Kaplanmış NiO

Kaplanmış gözenekli NiO

EKYH’de karşılaşılan önemli sorunlardan biri katotta bulunan nikelin aşağıdaki denklem ile verilen reaksiyonla çözünerek zamanla kullanılmaz hale  gelmesidir. Nikel oksitin çözünmesini önlemek amacı ile çeşitli araştırmalar yapılmış ve genellikle bir metal bileşiği ile kaplama yoluna gidilmiştir. 

NiO+CO2 → Ni²+CO3¯²

Tablo. Katot sentezinde kullanılan materyaller 

Çözücüler Plastikleştiriciler
Etanol PVB
Bütanol PEG
Dimetil bütan PVA

3. Erimiş karbonat yakıt hücresi elektroliti

EKYH’de elektrolit olarak genelde karbonat çözeltileri kullanılır. Karbonatı sağlamak amacı ile kaynak olarak lityum karbonat ve potasyum karbonat kullanılmaktadır. Özellikle yüksek sıcaklıklarda karbonat iyonları asidik bir özellik gösterip NiO’un çözünmesine yol açmaktadır. Geçmişten bugüne kadar kullanılan karbonat elektrolitler ve yüzdeleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Tablo. Erimiş karbonat yakıt hücrelerinde kullanılan elektrolitler

1965’den önce 1965-1975 Günümüzde
%52 Li-%48 Na %62 Li-%38 K %62 Li-%38 K%50 Li-%50 Na

4. Erimiş karbonat yakıt hücresinin avantajları-dezavantajları

Erimiş karbonatlı yakıt hücrelerinin avantajları; 
• Hücre yaygın olarak bulunabilen metal levhalardan baskı tekniği ile üretilebilir,
• Hücre reaksiyonlarında pahalı olan değerli metal katalizörler yerine Ni ve NiO katalizör yeterli olmaktadır,
• CO doğrudan kullanılabilen bir yakıt türüdür,
• Hücrede açığa çıkan ısı buhar türbinlerinde veya kojenerasyon uygulamalarında kullanılabilecek kadar yüksektir,
• Biyo yakıtlardan elde edilmiş gaz yakıtlarda olduğu gibi CO2 içeren yakıtlarla da verimli bir şekilde işletilebilmektedir.

Erimiş karbonatlı yakıt hücrelerinin dezavantajları;
• Yüksek sıcaklık hücre bileşenlerinin ömrünün azalmasına yol açmaktadır,
• İşletimde hücrenin destek malzemesi olarak metalik malzemelerin kullanılmasının gerekliliğidir.

5. Kaynaklar Lütfen Login yada Register gizli linkleri görebilmek için

Rıdvan

Yıldız Teknik Üniversitesi’nde Doktora yapmakta.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Göztepe Escort
Diyarbakır escort bayan Konya escort Bodrum escort, Malatya escort Tekirdag escort Ankara escort izmit escort, denizli escort, ankara escort, adana escort, kocaeli escort, sakarya escort