[message type=’info’]English translation for this page is being prepared…[/message]
Polimer Elektrolit Membran veya Proton Geçirgen Membran olarak isimlendirilen yakıt hücresi çeşidi kısaca PEM tipi yakıt hücresi olarak anılmaktadır. Bu tip yakıt hücrelerinde elektrolit olarak iyonik iletkenliği yüksek ancak elektronik iletkenliği olmayan ve gazların geçişine izin vermeyen polimer bir membran kullanılır. PEM tipi yakıt hücreleri yakıt olarak hidrojen, oksitleyici olarak ise oksijen veya hava kullanmaktadırlar. Anotta hidrojen gazı yükseltgenirken katotta oksijen gazı indirgenmektedir.
Reaksiyonlar
PEM Tipi yakıt hücrelerinde anot ve katot tarafında indirgenme ve yükseltgenme reaksiyonları oluşmaktadır. Anot tarafında hidrojen gazı yükseltgenirken, katot tarafında ise oksijen gazı indirgenmektedir. Anot, tarafında oluşan reaksiyon, katot tarafında oluşan reaksiyon ve net reaksiyon aşağıda gösterilmektedir.
Termodinamik İfadeler
Bir kimyasal reaksiyona girenler ve o reaksiyonun ürünleri arasındaki enerji farkı o reaksiyon sonucu entalpideki değişimi (ΔH) ifade etmektedir. Ancak pratikte bu enerjinin tamamı açığa çıkamaz. Bu reaksiyonlar sonucu açığa çıkabilecek enerjiye Gibbs Serbest Enerjisi (ΔG) denilmektedir ve aşağıdaki eşitliğe göre hesaplanmaktadır.
Burada T sıcaklığı S ise entropiyi ifade etmektedir. 1 mol elektron başına üretilen enerji miktarına gerilim denilmektedir. Yakıt hücresinin teorik gerilimi entalpiye göre de hesaplanabilir, Gibbs serbest enerjisine göre de. Entalpideki değişime göre hesaplanan gerilim değerine termonötr gerilim (V tn), Gibbs serbest enerjisine göre hesaplanan gerilim değerine ise teorik gerilim (V teo) denilmektedir. Bu ifadelerin hesaplanması aşağıdaki denklemlerde gösterilmektedir.
PEM Tipi yakıt hücrelerinin anot tarafında ve katot tarafında gerçekleşen yarı reaksiyonların ayrı ayrı birer entalpi değerleri ve Gibbs serbest enerji değerleri mevcuttur. Bununla beraber anot ve katotta oluşan gerilim değerleri de değişmektedir. Ancak gerilim tek başına ifade edilebilecek bir büyüklük değildir. Gerilim hep başka bir gerilim değerine göre ifade edilmelidir. PEM tipi yakıt hücrelerinin anot tarafında gerçekleşen reaksiyon sonucu oluşan gerilim değeri literatürde 0 Volt olarak kabul edilmiştir. Diğer reaksiyonlarda oluşan gerilim değerleri hep bu reaksiyonla karşılaştırılarak ifade edilmektedir. PEM tipi yakıt hücrelerinin anot ve katot tarafında oluşan entalpi farkı, Gibbs serbest enerjisi ve gerilim ifadelerinin sayısal değerleri aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
| Isı Durumu | Entalpi Değişimi (ΔH) (kJ/mol) | Gibbs Serbest Enerjisi (ΔG) (kJ/mol ) | Termonötr Gerilim (V) |
Teorik Gerilimi (V) |
Sıcaklık (°C) |
| Yüksek Isı | – |
– |
1,48 | 1,23 | 25 |
| – |
– |
1,48 | 1,20 | 60 | |
| – |
– |
1,47 | 1,18 | 80 | |
| Alçak Isı | – |
– |
1,25 | 1,19 | 25 |
| – |
– |
1,25 | 1,18 | 60 | |
| – |
– |
1,25 | 1,17 | 80 |
Kaynaklar:
Barbir, F., PEM Fuel Cells Theory and Practice. 2005: Elsevier Academic Press. 433.