Katı Oksit Yakıt Pillerinde (KOYP) Kullanılan Metalik İnterkonnektör Plakaların Toz Metalurjisi (T/M) Yöntemiyle Üretimi ve Performans Değerlendirmeleri

Abstract

Fosil yakıtların sebep olduğu çevresel problemler, tükenen rezervler ve geleneksel enerji dönüşüm teknolojilerinin sınırlı verimlilikleri, alternatif enerji teknolojileri üzerine yapılan çalışmaların en önemli motivasyonlarındandır. Alternatif birçok teknoloji arasında yakıt pilleri, yakıtın kimyasal enerjisini yanma reaksiyonu olmaksızın elektrokimyasal olarak doğrudan elektriğe dönüştürmeleri nedeniyle yüksek verimlilik, düşük/veya sıfır emisyon salınımı ve sessiz çalışma gibi avantajlara sahiptir. Yakıt pili çeşitlerinden biri olan katı oksit yakıt pilinin (KOYP), diğer yakıt pillerine göre daha yüksek sıcaklıklarda (600-1000°C) çalışmaları, yakıt olarak hidrojenin yanı sıra fosil yakıtları ve karbonmonoksiti kullanabilmeleri ve kojenerasyon ile enerji verimliliğinin %80-90'lara çıkabilmesi gibi üstünlükleri vardır. KOYP'lar temel olarak, elektrokimyasal reaksiyonların yer aldığı membran elektrot grubu (MEG), hücreye mekanik destek sağlayan ve hücrede oluşan akımın toplanmasını sağlayan interkonnektörler ve bu iki bileşen arasında hava/yakıt sızıntılarını engelleyen sızdırmazlık elemanlarından oluşmaktadır. Günümüzde yakıt pili tabanlı teknolojilerin yaygınlaşmasının önündeki en önemli engellerden biri üretim maliyetleri nedeniyle yüksek toplam sistem maliyetidir. Bu proje kapsamında, KOYP bileşenlerinden biri olan interkonnektör plakalar geleneksel yöntem yerine daha düşük maliyetli olan toz metalurjisi (T/M) yöntemiyle üretilmiş ve performans değerlendirmeleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla farklı metalik tozlar temin edilmiş ve üretim parametrelerinin bu tozlar kullanılarak üretilen numunelerin özelliklerine (gözeneklilik, mikrosertlik, ısıl genleşme katsayısı vb.) etkisi incelenmiştir. İncelenen tozlar arasında Crofer®22’nin interkonnektör plaka üretimi için daha uygun olduğu görülmüştür. Crofer®22 tozu kullanılarak üretilen interkonnektör ile piyasada ticari olarak mevcut hacimsel (bulk) formdaki Crofer®22’den talaş kaldırmayla üretilen interkonnektör, elektriksel iletkenlik, oksidasyon, ısıl şok, bağ dayanımı, basma dayanımı, sızdırmazlık ve yakıt pili performans (16 cm2 aktif alan) testlerine tabi tutulmuş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Öte yandan interkonnektörde, gazların yakıt piline en verimli şekilde ulaşabilmesi için farklı kanal tasarımları, sayısal olarak COMSOL Multiphysics yazılımı ile denenmiş ve en verimli gaz akış geometrisi belirlenmiştir. T/M yöntemi ile üretilen interkonnektörün, korozyon direnci, elektriksel iletkenlik, basma dayanımı ve güç değerlerinin ticari interkonnektöre göre nispeten daha düşük olduğu, buna karşın düşük yüklerdeki bağ dayanımı ve yakıt sızıntılarına karşı daha dirençli olduğu tespit edilmiştir.