Modeling, fabrication, and characterization of electrodes for improved performance and durability of electrochemical systems
Elektrokimyasal sistemlerin performans ve dayanıklılığının artırılmasına yönelik elektrotların modellemesi, üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 1023864
- Danışmanlar: PROF. DR. UGUR PASAOGULLARİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıty Of Connectıcut
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı-Akışkan Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hidrojenin rolü, yüksek enerji yoğunluğu sağlayarak oldukça çok yönlü ve temiz bir enerji taşıyıcısı olma kabiliyeti sayesinde son on yılda daha kritik hale gelmiştir. Bu nedenle, hidrojen teknolojisinin proton değişim membranlı (PEM) yakıt hücreleri aracılığıyla entegrasyonu, alternatif ve temiz bir güç kaynağı sağlamaktadır. Bu, ulaşım sektörünün (örneğin, kamyonlar, trenler veya gemilerle uzun mesafelerde mal taşımacılığı) elektrifikasyonu için daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha düşük ağırlık sunması nedeniyle lityum iyon pillerle karşılaştırılabilir hale gelmiştir. PEM yakıt hücrelerinin güç kaynağı pazarında rekabetçi olması gerekmektedir. Bu nedenle, ticarileştirmeyi kolaylaştırmak için gelişmiş dayanıklılık ve maliyet (daha yüksek verimlilik sağlayarak) ele alınması gerektiği açıktır. Yeni elektrot tasarımlarının geliştirilmesi önemli bir rol oynamaktadır, ama aynı zamanda bu malzemelerin elektrot içinde düzenlenme ve birbirine bağlanma şekli de yüksek güç yoğunluğu, yüksek dayanıklılık ve düşük maliyeti elde etmek için önemli bir tasarım çözümdür. Malzeme maliyetindeki düşüşe, azaltılmış hacim ve ağırlık gibi ek avantajlar da eşlik etmekte ve bu da PEM yakıt hücresini düşük/yüksek yük kapasiteli güç üretim endüstrisinde oyunun kurallarını değiştiren bir unsur haline getirmektedir. Ek olarak, alternatif geliştirilmiş elektrotlar, karbon içermeyen tasarımlar sunarak ve malzeme içeriğini optimize ederek malzeme arayüzünü iyileştirerek bozunmadan kaynaklanan performans kaybını azaltabilir. Bu tezde, daha hızlı taşıma ve daha etkili malzeme kullanımı sağlayan, daha yüksek güç yoğunluğu, dayanıklılık ve verimliliğin yanı sıra daha düşük maliyet sağlayan gelişmiş elektrot tasarımları üretilip karakterize edilmiştir. Ayrıca, farklı modelleme yaklaşımları geliştirilerek farklı elektrot yapılarında taşımada daha fazla iyileştirme gösterilmiştir. Sonuç olarak, burada gösterildiği gibi, elektrot tasarımları, çok çeşitli çalışma koşullarında yüksek güvenilirlik ve güç yoğunluğu sağlayarak olağanüstü dayanıklılık ve sürdürülebilir performans sergilemektedir.
Özet (Çeviri)
Hydrogen's role has become more critical in the last decade due to the ability of hydrogen to be a highly versatile and clean energy carrier by providing a high energy density. Therefore, the integration of hydrogen technology through proton exchange membrane (PEM) fuel cells provides an alternative and clean power source. This becomes comparable to lithium-ion batteries due to offering higher energy density and lower weight for electrification of the transportation sector (e.g., transportation of goods for long distances by trucks, trains or ships). PEM fuel cells need to be competitive in the power source market. Therefore, it is clear that improved durability and cost (by providing higher efficiency) need to be addressed to facilitate commercialization. The development of improved electrode materials plays an important role, but the way in which these materials are arranged and interconnected within the electrode is also a key design solution for achieving high power density, durability as well as low capital cost. The reduction in the cost of materials is accompanied by the additional benefits of reduced volume and weight, making the PEM fuel cell a game changer in the low and high duty power generation industry. In addition, alternative improved electrodes may be able to mitigate the performance loss due to degradation by offering carbon-free designs and improving the material interface by optimizing the material content. In this dissertation, it is achieved to fabricate and characterize advanced electrode designs that enable faster transport and more effective material utilization, resulting in higher power density, durability, and efficiency, as well as lower capital cost. Moreover, further improvements in transport in different electrode structures are demonstrated by developing different modeling approaches. In conclusion, as demonstrated herein, the electrode designs exhibit extraordinary durability and sustained performance by providing the high reliability and power density over a wide range of operating conditions.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of organic/inorganic photovoltaic device
Başlık çevirisi yok
ALİ BİLGE GÜVENÇ
Doktora
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUnıversıty Of Calıfornıa RıversıdeElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. MİHRİMAH ÖZKAN
- Synthesis of some functional conducting polymers, characterization, Mott-Schottky analysis and sensor applications
Bazı fonksiyonel iletken polimerlerin sentezi, karakterizasyonu, Mott-Schottky analizi ve sensor uygulamaları
TOLGA KARAZEHİR
Doktora
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. MURAT ATEŞ
- Development of small size uncooled infrared microbolometer pixel
Minyatür soğutmasız kızılötesi mikrobolometre pikseli geliştirilmesi
BARAN UTKU TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. TAYFUN AKIN
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Non-faradaic sensing of cardiac biomarkers from interstitial fluid using microneedle arrays
Mikroiğne dizileri kullanılarak interstisyel sıvıdan kardiyak biyobelirteçlerin faradaik olmayan yöntemle algılanması
BERİL YAĞMUR KOCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ÜREY
- Diesel motorları yakıt püskürtme sistemlerinin dinamik simülasyonu
Başlık çevirisi yok
İRFAN KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ BORAT