Yüzey özelliğiyle İHA'ların uçuş süresini artıracak mikrotüp hidrojen yakıt pili geliştirildi

Üniversite bünyesindeki Prof. Dr. Turhan Nejat Veziroğlu Temiz Enerji Uygulama ve Araştırma Merkezi`nde yaklaşık 20 yıldır hidrojen ve yakıt pili teknolojileri üzerine araştırmalar yapılıyor.

Bu kapsamda merkezin müdürü ve Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölüm Başkanı Prof. Dr. Bora Timurkutluk`un yürütücülüğünde, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) desteğiyle "Özgün Mikrotüp Katı Oksit Yakıt Pili Geliştirilmesi Projesi" hazırlandı.

Projede, Fen Bilimleri Enstitüsü Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı Öğretim Üyesi Doç. Dr. Çiğdem Timurkutluk, Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümünden Dr. Öğretim Üyesi Tolga Altan, Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümünden Dr. Sezer Önbilgin ile doktora ve yüksek lisans öğrencileri yer alıyor.

Yaklaşık 27 ay sürmesi planlanan bilimsel projenin ilk yılında, geleneksel mikrotüp pillere (çapı 5 milimetreden küçük olanlar) göre 2 kat yüksek performans sağlayan, İHA`ların havada kalma süresini artıran, yüksek verimli, yüzeyi desenlendirilmiş mikrotüp hidrojen yakıt pili geliştirildi.

Projenin yürütücüsü Prof. Dr. Bora Timurkutluk, geliştirdikleri özgün geometriye sahip mikrotüp katı oksit yakıt pilini literatüre kazandırdıklarını söyledi.

Projeyle ilgili ilk raporun TÜBİTAK tarafından kabul edildiğini belirten Timurkutluk, şunları kaydetti: "Bu dönemdeki çalışmalarımızda geliştirdiğimiz özgün tasarım, henüz bütün optimizasyon çalışmaları tamamlanmamış olmakla birlikte geleneksel mikrotüp tasarıma göre 2 kat daha yüksek performans ortaya koymuştur. Ayrıca proje kapsamındaki çalışmalardan bir ulusal ve bir uluslararası patent başvurusu, bir doktora tezi, prestijli dergilerde yayınlanmış 4 bilimsel makale ve bir bildiri çıktı olarak elde edilmiştir. Bir yüksek lisans tezi ve iki bilimsel makale çalışmamız da devam etmektedir."

Timurkutluk, projenin nihai amacının İHA`ların havada kalma süresini artırmak olduğunu vurguladı. Hidrojen yakıt pillerinin İHA`ların havada kalma süresini 5 kata kadar artırma potansiyeline sahip olduğuna dikkati çeken Timurkutluk, "Projede geliştireceğimiz çoklu hücre sistemiyle bu sürenin daha da artırılması amaçlanmaktadır. Projemizin çıktısı, dünyada ilk ve tek olan yüzeyi desenlendirilmiş mikrotüp katı oksit yakıt pili olup geleneksel mikrotüplere göre yüksek performans ve verim sunmaktadır." dedi.

Doç. Dr. Çiğdem Timurkutluk da daha önce yaptığı çalışmada, düzlemsel katı oksit yakıt pilinin yüzey alanını artırarak performansını yaklaşık 2 kat yükselttiklerini, şu anda yürüttükleri projede ise mikrotüp pillerin destek kısmının oluşturulması ve kaplamasında görev aldığını belirtti.

Laboratuvarda üretilen destekleri diğer bileşenlerle kaplayıp hücre haline getirdiklerini anlatan Timurkutluk, şöyle konuştu: "Hücrelerin kaplanması sırasındaki kalınlıkları, ısıl işlem sıcaklıkları gibi parametreler optimize edildi. En yüksek performansı gösteren parametreler hücrelere uygulandı. Yaptığımız çalışmayla 2 mikrotüp yerine bir desenlendirilmiş mikrotüp kullanılarak aynı verim ve performansı elde ettik. Daha yüksek performans elde edip sistem elemanlarını küçülttük. Bu da İHA`da yüksek performansla çalışan daha küçük ve hafif sistem elde etmemizi sağlıyor. Sistem, hareketli aksam içermediği için sessiz çalışma özelliğine sahip. Bu sayede savunma sanayinde önemli stratejik gelişmeler elde ediyoruz."

Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Dr. Öğretim Üyesi Tolga Altan da çalışmalarında "Tüp geometrilerin yüzey alanı geliştirilebilir mi?" sorusuna cevap aradıklarını söyledi.

Literatürde tüp hücrelerde yüzey alanı geliştirme çalışmasının olmadığını gördüklerini vurgulayan Altan, şu bilgileri verdi: "Bunun temel sebebi, tüp üretiminde kullanılan ekstrüzyon yönteminin yüzey alanı oluşturmaya müsaade etmeyişi diyebiliriz. Bu zorluğu aşmak için öncelikle yeni bir mikrotüp üretim yöntemi geliştirdiğimiz, şerit döküm yöntemiyle ürettiğimiz seramik yapraklar, bir kalıp görevi görecek bir mil üzerine sarılıyor. Daha sonra bunun üzerindeki yapı ve kalıp birbirinden basitçe ayrılıyor ve pilimizin destek kısmını üretmiş oluyoruz. Bu kalıp görevi gören mil üzerine bir desen açtığımızda yüzey alanı artırılmış bir mikrotüp elde edebiliyoruz. Bu noktada metal millerin üzerine desen açıldığında yüzey alanı artırılmış bir destek üretebiliyoruz. Projede ise tasarım esnekliği ve uygun maliyet sunan ışıkla kürlenebilen reçinelerin kullanıldığı üç boyutlu yazıcıyla millerimizin desenini verdik. 30`a yakın farklı mil kullanarak pil destek üretimlerimizi gerçekleştirdik. Mikroyapısal, mekanik ve performans olarak en uygununu tespit ettik."

Proje kapsamında "Şerit Döküm Yöntemiyle Yüksek Güç Yoğunluğa Sahip Mikrotüp Katı Oksit Yakıt Pili Geliştirilmesi" başlıklı doktora tezini başarıyla tamamladığını anlatan Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Araştırma Görevlisi Dr. Sezer Önbilgin de projede geliştirilen hücrelerin test ve karakterizasyon çalışmalarını yürüttüğünü ifade etti.