Fosforik Yakıt Hücresi (PAFC)
Yakıt hücreleri içerisinde kullanıma en elverişli olanıdır. Geliştirme çalışmaları 30 yılı
aşkın bir süredir devam etmektedir. Günümüzde güç santrali uygulamalarında kullanımı
hedeflenmektedir. ONSI Corparation PC25 Şirketi 200 kW’lık üniteleri ticaretleştirmeyi
hedeflemektedir. Şirket, bu sistem ile eş zamanlı elektrik ve ısı temini ile absorpsiyonlu
piller tarafından soğutma sağlayabilmektedir. Tokyo Electric Power tarafından 11 MW’lık
bir sistem geliştirilmiş olup, fizibilite ve ucuzlatma çalışmaları devam etmektedir. 200
MW’lık hedefe günümüzde hâlâ ulaşılamamıştır.
fakat anot ve katot yardımı ile hidrojen ve oksijenin reaksiyona
girmesi sonucu elektrik enerjisi üretilir. Hidrojen gazı bünyesindeki iki elektron serbest kalır
ve (+) yüklü hidrojen iyonları oksijenle birleşerek su oluşur. Reaksiyon ısısı oldukça
yüksektir. Ancak yüksek sıcaklıkta sistem hücre ısısını daha iyi dışarı atar ve verim daha
iyidir.
Yakıt hücresinin soğutulması sıvı ve hava soğutmalı olarak iki ayrı tipte olur. Sıvı
soğutmalı yakıt hücreleri daha yüksek güç yoğunluklarında kullanılabilir ve açığa çıkan ısı
enerjisi yakıdı buharlaştırmada daha verimli kullanılabilir

Yakıt Hücreleri Türleri Nelerdir

Yakıt Hücresi (Yakıt Pili) Çeşitleri
Yakıt pilleri; yakıt ve oksitleyicinin bileşimine, yakıdın dolaylı veya doğrudan
beslenmesine, kullanılan elektrot ve elektrolit cinsine, operasyon sıcaklığına bağlı olarak
farklı şekillerde oluşturulabilir. Yakıt hücreleri isimlerini genelde kullandıkları elektrolitten
alır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan yakıt pilleri;
 Fosforik asit yakıt pili (PAFC),
 Katı polimer (solid polymer) yakıt pili (SOFC),
 Alkali yakıt pili (AFC),
 Proton değişim membranlı yakıt pili (PEM),
 Doğrudan metanol kullanılan yakıt pili (DMFC) dir.

Yakıt Hücreli Motorlarda Güç Üretim Sistemi
Bir yakıt pili, anot (negatif, hidrojen elektrot), katot (pozitif, oksijen elektrot) ve
elektrolit çözeltisinden oluşur. Hava, katot yüzeyi üzerinden geçerken hidrojen veya
hidrojence zengin gaz da anot yüzeyinden geçer. Elektronlar katoda doğru bir dış devre
yoluyla taşınırlarken, hidrojen iyonları da elektrolit yoluyla oksijen elektroda göç ederler.
Katotta oksijen ve hidrojen iyonları ile elektronların reaksiyona girmesiyle su elde edilir.
Elektronların dış devre yoluyla akışı elektrik üretir. Yakıt kullanımındaki yüksek verim
nedeniyle bu elektrokimyasal işlemden çıkan yan ürün sadece su ve ısıdır.
Yakıt pili sistemi bir yanma reaksiyonu vermediği için çok daha fazla elektrik
üretmektedir. Bu sistemi pilden ayıran en büyük özellik, güç üretimi için şarja gereksinim
olmaması ve yakıt sağlandıkça güç üretiminin devam edecek olmasıdır. Tüm yakıt pillerinde
su, pil çalışma sıcaklığına göre sıvı veya buhar şeklinde ürün olarak açığa çıkar. Oksitleyici
olarak oksijen kullanılıyorsa su; hava kullanılıyorsa azot ve su; bileşimde karbon bulunan
yakıt kullanılması durumunda ise karbondioksit oluşur. Su, pili terk eder ve böylece pil
kendini soğutmuş olur. Ancak çok yüksek sıcaklıkta çalışan pillerde soğutma donanımı
kullanılması gerekir.
Yakıt pili temel bileşenlerinin seçiminde kısıtlamalara neden olan en önemli nokta,
seçilen malzemenin sisteme uyumluluğudur. Seçilmiş malzeme çok uzun süre istikrarlı kalacak şekilde olmalıdır. Performans belirleyici polarizasyon grafikleri yardımıyla yakıt
pillerindeki enerji kaybının malzeme seçimiyle ilişkisi belirlenir. Yapılan çalışmalar
sonucunda pratikte bir yakıt pilinin polarizasyonlardan kaynaklanan enerji kayıpları 0.5–0.9
V kadar olduğu belirlenmiştir. Performans, pilin sıcaklığı ve maddelerin kısmi basınçlarının
arttırılmasıyla gerçekleştirilir.
Yakıt pillerinde:
 Fosforik asitli
 Ergimiş karbonatlı
 Katı oksitli
 Proton geçiren zarlı (PEM) elektrolitler kullanılabilmektedir.
Elektrolitler pil çalışma sıcaklığı, basıncı, reaktantların cinsi ve safsızlıkların niteliğine
göre seçilir. Yakıt pillerinde gözenekli, gözeneksiz ve hidrofob elektrotlar kullanılabilir.
Katalizörlerle aktifleştirilmiş karbon yapılı elektrotlar, ekonomik olup az yer kaplarlar. Tek
bir hücre gerilimi 1 volttan daha az olduğundan gerekli elektrik enerjisini üretmek için
birden fazla yakıt pilini seri veya paralel bağlayarak kullanmak gereklidir. Bütün bir yakıt
pili güç üretim sistemi, yakıt kaynağı, hava kaynağı, soğutma ünitesi ve kontrol ünitesi
içeren bir otomobil motoruna benzetilebilir.

Yakıt Hücreli Motorların Çalışma Prensibi
Yakıt pillerinde elektrik, hidrojen sayesinde elde edilir. Yakıt pilleri sistem itibarı ile bir
akü bataryasına, çalışması prensibi ile de içten yanmalı motorlara benzemektedir. Akü gibi
kutuplarından elektrik enerjisi alınmasına rağmen, bu enerjiyi akü gibi depolanmış olan
enerjiden değil, ürettiği enerjiden verir. Enerjiyi hidrojen sağlandığı sürece verir. Bu durum içten
yanmalı motora yakıt verilip, üzerinde birleşik olan jeneratörden elektrik elde edilmesine
benzemektedir. Bu sisteme benzin verdiğiniz sürece elektrik elde edersiniz ayrıca ortaya çıkan
egzoz gazı, motor gürültüsü ve aşınan parçalarda önemli bir dezavantajıdır. Yakıt pilinde ise
hidrojen verildikçe elektrik alınır. Atık olarak sadece saf su ve ısı geriye kalır. Ayrıca motor
gürültüsü, hareketli parçalar ve egzoz gazı gibi dezavantajlar olmaz. Tamamen sessiz çalışan
sistem, kimyasal reaksiyonlardan ibarettir.
Yakıt pillerinde verim, içten yanmalı motorlara nazaran iki kat daha yüksektir. Yakıt pilinin
plaka yüzeyi akım şiddetini, plakaların seri bağlanması ise voltajı etkiler. Birçok plakanın yan
yana bağlanması ile elde edilen sisteme stak (yığın) adı verilir. Staklar kendi aralarında seri ve
paralel bağlanmaları ile istenilen voltaj doğru akım olarak elde edilir. Konventörler (dönüştürücü)
ile alternatif akıma çevrilir. Bir yakıt hücresi (yakıt pili):
 Yakıt işleme ünitesi
 Güç üretim sistemi
 Güç dönüştürücü olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır.

YAKIT HÜCRELİ MOTORLAR
Yakıt pili olarak da adlandırılan bu sistemler ilk olarak 1839 yılında William Grove
tarafından bulunmuş ve yaklaşık olarak 120 yıl ilgi görmeden kalmıştır. Ancak uzay
programları çerçevesinde tekrar ele alınmış ve geliştirilmiştir.
Yakıt pilleri; elektrikli ve hibrid taşıtlarda tahrik için kullanılan elektrokimyasal
akülerdir. Taşıtta tek başına da kullanılmakta olan yakıt hücreleri enerjiyi kimyasal olarak
depo eder. Akülere benzer olarak üretilen yakıt hücrelerinde; anot, katot ve elektrolit
bulunmaktadır.
Yakıt hücrelerinde zaman geçtikçe kullanım performansında bir azalma meydana
gelmez ve yeniden şarj gerektirmezler. Yakıt ve bunu oksitleyici tedarik edildiği sürece
elektrik üretmeye devam eder. Elektrik üretimi anot ve katot yardımı ile hidrojen ve
oksijenin reaksiyonu ile sağlanır. Reaksiyon sonunda su ve ısı enerjisi açığa çıkar. Gerekli
oksijen havadan sağlanırken, hidrojen ise kullanılan yakıttan sağlanır. Dünya çapında;
Japonya, ABD, Almanya, İtalya, Belçika, Kanada ve Hollanda’da yakıt hücreleri deneme
amaçlı kullanılmakta ve geliştirme çalışmaları devam etmektedir

Benzinli motorun, elektrik motorunun ve jeneratörün kullanım safhaları:
1 Düşük Hız Kullanımı
İlk hızlanma sırasında elektrik motoru temel güç kaynağıdır. Benzinli motor, bataryayı
dolduran jeneratörü çalıştırır ya da yüksek ivmelenme koşulu altında çalışır.

2 Şehir İçi Kullanımı
İşletimin beyni; ileri kontrol sistemi (ACS) ile temsil edilir ve şehir içi sürüş
şartlarında seyrederken yakıt tüketimini minimize etmek için özel olarak programlanmıştır.
Hem benzinli motoru hem de elektrik motoru eşit olarak kullanılır.
3 Otoyol Kullanımı
Yüksek hızlardaki otoyol sürüşünde ve yüksek hızlar için benzinli motor başlıca güç
kaynağı olarak kullanılır. Elektrik motoru ise; taşıt hızının değiştirilmesine yardımcı
olmaktadır.
4 Yokuş Yukarı Çıkma
Taşıt, yüksek yerlere tırmanırken elektrik motoru hem batarya enerjisinden hem de
jeneratörden aldığı gücü kullanır. Benzinli motor jeneratör ile tekerlekler arasındaki güç
iletimini keser.
5 Yokuş Aşağı İnme, Yavaşlama, Durma
Yokuş aşağı inme ya da frenleme sırasında elektrik motoru bataryayı doldurmak için
bir jeneratör gibi görev yapar. Taşıt durdurulduğunda benzin motoru da otomatik olarak
durur ve elektrik motoru otomobile güç vermek üzere hazır olarak bekletilir. Bu durumda
yakıt korunur ve rölanti devri nedeniyle oluşan egzoz emisyonlarını da ortadan kaldırır.

E-CVT Transmisyon Sistemi
Toyota hibrid sisteme sahip olan Prius’da vites sistemi olarak değişken oranlı E-CVT
transmisyon kullanılır. Bu sistem CVT (sürekli değişken transmisyon) transmisyonlar gibi
çalışmaktadır. Bu transmisyonun özelliği; sürekli değişken hız yeteneğine sahip olması ve en
yüksek ile en düşük vites arasında oranları sabit olmayan sürekli ve sonsuz sayıda olasılıkta
aktarma sağlamasıdır. Değişken oranlı transmisyon kullanan motorların performans haritaları
incelendiğinde, normal transmisyon sistemlerine oranla düşük motor devrinde daha yüksek
tork elde edildiği görülür. Bu transmisyonun verimli kullanılabilmesi için mikro işlemcili
yani elektronik kontrol ünitesi (ECU) kullanılmaktadır

Arabalar için Elektrik Motoru
Bir içten yanmalı motorla karşılaştırıldığında daha iyi enerji dönüşümü ve daha düşük
emisyon ile daha büyük bir tahrik aralığını sağlamaktadır. Bu motor; 1040’dan 5000 d/d ‘ya
kadar bir aralıkta maksimum 40 beygir güç ve 0 ila 400 d/d aralığında ise maksimum 305
Nm (≈225 lb-ft) tork üretmektedir. Bu değer 4400 d/d’da benzinli Toyota Camry V6’nın
ürettiği maksimum tork değerinden 21 N1 (≈16 lb-ft) daha fazladır.