Pem yakıt pilleri için SPSf/hBN/MWCNT-OH nanokompozit membranların geliştirilmesi, yanıt yüzey metodolojisi ile membran hazırlama ve hücre performans parametrelerinin optimizasyonu
Development of SPSf/hBN/MWCNT-OH nanocomposite membranes for pem fuel cells, membrane fabrication and optimization of cell performance parameters using response surface mathodology
- Tez No: 1008848
- Danışmanlar: PROF. DR. HAMİT SOLMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Otomotiv Mühendisliği, Energy, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, düşük maliyetli sülfonasyonlu polisülfon bazlı ve hekzagonal bor nitrür (hBN) ve hidroksil fonksiyonlu çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT-OH) nanopartikül katkılı proton değişim membranın geliştirilmesi ve hücre testlerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, polisülfon polimeri 2,5 saat sülfonasyon işlemine tabi tutulmuş ve %1, %2 ve %3 hBN içeren nanokompozit membranlar üretilmiş ve karakterize edilmiştir. hBN katkısının membranların su tutma kapasitesi, şişme oranı, termal, kimyasal ve mekanik dayanım özelliklerini iyileştirdiği gözlenerek en iyi membran etkinliği SPSf-%2hBN membranı ile elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada, sülfonasyon süresi (2–6 saat), hBN oranı (%0–3) ve MWCNT-OH oranı (%0–3) değişken parametreleri ile Yanıt Yüzey Metodolojisi (RSM) yöntemi ile deney tasarımı, üretimi, karakterizasyonu, modellenmesi ve optimizasyonu süreçleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda, hBN ve MWCNT-OH nanopartiküllerinin, membran proton iletkenliği ve kimyasal/termal kararlılığı artırdığı, sülfonasyon süresinin artmasının ise proton iletkenliğini iyileştirirken mekanik ve kimyasal dayanımı azalttığı belirlenmiştir. Optimize edilmiş parametreler %2,5 hBN, %2,75 MWCNT-OH ve 4,2 saat sülfonasyon süresi olarak belirlenmiştir. Optimum nanokompozit membranın farklı çalışma koşullarında hücre testleri gerçekleştirilmiştir. RSM tabanlı optimizasyon sonucunda en iyi yakıt hücre performansı, 75 °C sıcaklıkta, 1,3 L/dk hidrojen akış oranı, 8,99 L/dk hava akış oranı, 44,98 kPa anot ve 99,99 kPa katot basıncında elde edilmiş, maksimum güç yoğunluğu 530,06 mW/cm² olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, geliştirilen membranın proton değişim yakıt hücreleri için yüksek performans potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This study aimed to develop and perform cell testing of a low-cost sulfonated polysulfone-based proton exchange membrane doped with hexagonal boron nitride (hBN) and hydroxyl-functionalized multi-walled carbon nanotube (MWCNT-OH) nanoparticles. In the first stage of the study, the polysulfone polymer was subjected to a sulfonation process for 2.5 hours, and nanocomposite membranes containing 1%, 2%, and 3% hBN were produced and characterized. It was observed that hBN addition improved the water uptake capacity, swelling satio, thermal, chemical, and mechanical resistance properties of the membranes, and the best membrane efficiency was obtained with the SPSf-%2hBN membrane. In the next stage, experimental design, fabrication, characterization, modeling, and optimization processes were carried out using Response Surface Methodology (RSM) with variable parameters of sulfonation time (2–6 hours), hBN ratio (0–3%), and MWCNT-OH ratio (0–3%). The study revealed that hBN and MWCNT-OH nanoparticles increased membrane proton conductivity and chemical-thermal stability, while increasing sulfonation time improved proton conductivity but decreased mechanical and chemical resistance. Optimized parameters were determined as 2.5% hBN, 2.75% MWCNT-OH, and a sulfonation time of 4.2 hours. Cell tests were performed on the optimum nanocomposite membrane under different operating conditions. As a result of RSM-based optimization, the best fuel cell performance was obtained at 75 °C, a hydrogen flow rate of 1.3 L/min, an air flow rate of 8.99 L/min, an anode pressure of 44.98 kPa, and a cathode pressure of 99.99 kPa, with a maximum power density of 530.06 mW/cm². The results demonstrate that the developed membrane has high performance potential for proton exchange fuel cells.
Benzer Tezler
- PEM yakıt pilleri için iletken polimer karbon destekli platin katalizörlerin mikrodalga yöntemi ile hazırlanması
Preparation of conducting polymer/carbon supported platinum catalysts by microwave irradiation technique for PEM fuel cell
ELİF DAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mühendislik BilimleriAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN
- PEM yakıt pilleri için saçtırma yöntemi ile elektrot hazırlanması
Electrode prepared by sputtering method for PEM fuel cell
MEHMED SELİM ÇÖGENLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mühendislik BilimleriAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN
- PEM yakıt pilleri için anot ve katot malzemelerinin geliştirilmesi
Development of anode and cathode materials for PEM fuel cells
RIDVAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM IŞILDAK
- PEM yakıt pilleri için metal oksit destekli katalizör geliştirilmesi
Development of metal oxide supported catalyst for PEM fuel cells
MEHMET KORAY ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN
- PEM yakıt pilleri için düşük ağırlıklı akış plakası geliştirilmesi
Development of light weight flow plate for PEM fuel cells
KIVANÇ KARACAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELAHATTİN ÇELİK