A Finite Element Method Study of Polymer Exchange MembraneFuel Cell End Plate Materials by Using Arcan Specimen

Polimer Değişim Membranlı Yakıt Hücresi Uç Plakası Malzemelerinin Arcan Numunesi Kullanılarak Sonlu Eleman Yöntemi ile Çalışılması

Abstract

In the current days, fuel cells are more preferred to generate electricity due to their positive sides. Because, if they use hydrogen andoxygen as fuel, they only produce electricity, heat, and water. This property of fuel cells is significant because it preventsenvironmental and chemical pollution, therefore, they contribute positively to the environment. In addition, they have more positiveaspects such as having no moving or rotating parts. Therefore, they don’t require mechanical maintenance and don’t make noise.Besides, they can be used in a wide range of areas as mobile and stationary power sources for electricity generation. There are manyfuel cell types but proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is more common than the other fuel cell types. It consists of partssuch as an endplate, bipolar flow plate, gas diffusion layer, catalyst layer, and membrane. End plates are located on the outer side ofPEMFC and hold together its stacks. In the design of the endplates, the state of fracture energy should be considered in differentloading conditions. Because the material may fail if it is designed only for the strength of materials concepts. In this paper, pure modeI, pure mode II and mixed mode fracture energy behavior of different materials were investigated numerically by using Arcanspecimen.

Özet

Günümüzde yakıt pilleri, olumlu yönleri nedeniyle elektrik üretmek için daha çok tercih edilmektedir. Çünkü yakıt pilleri, yakıtolarak hidrojen ve oksijeni kullanırsa sadece elektrik, ısı ve su üretir. Yakıt pillerinin bu özelliği, çevre ve kimyasal kirlenmeyiengellemesi nedeniyle önemlidir, bu nedenle çevreye olumlu katkı sağlarlar. Ayrıca hareketli veya dönen parçaların olmaması gibiolumlu yönleri de vardır. Bu nedenle mekanik bakım gerektirmez ve gürültü oluşturmazlar. Ayrıca elektrik üretimi için mobil ve sabitgüç kaynağı olarak çok çeşitli alanlarda kullanılabilirler. Birçok yakıt hücresi türü vardır, ancak proton değişim membranlı yakıthücresi (PEMFC) diğer yakıt hücresi türlerinden daha yaygındır. Bir uç plakası, iki kutuplu akış plakası, gaz difüzyon katmanı,katalizör katmanı ve membran gibi parçalardan oluşur. Uç plakaları, PEMFC'nin dış tarafında bulunur ve hücre yığınlarını bir aradatutar. Uç plakaların tasarımında, farklı yükleme koşullarında kırılma enerjisi durumu dikkate alınmalıdır. Çünkü malzeme, yalnızcamalzeme mukavemeti yaklaşımı ile tasarlanırsa başarısız olabilir. Bu makalede, Arcan numunesi kullanılarak farklı malzemelerinyalın mod I, yalın mod II ve karışık mod kırılma enerjileri ve malzemelerin kırılma davranışları sayısal olarak incelenmiştir.