Preparation and performance of membrane electrode assemblies with nafion and alternative polymer electrolyte membranes
Nafion ve alternatif polimer elektrolit zarlar kullanılarak zar elektrot yapısı hazırlanması ve performansı
- Tez No: 201685
- Danışmanlar: PROF. DR. İNCİ EROĞLU, PROF. DR. NURCAN BAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hidrojen enerjisi, yakıt hücresi, zar elektrot yapısı, polimer elektrolit zar, alternatif zarlar, Nafion®, sülfonlanmış polieter-eterketon, sülfonlanmış polieter-sülfon, polibenzimidazol, Hydrogen energy, fuel cell, membrane electrode assembly, polymer electrolyte membrane, alternative membranes, Nafion®, sulphonated polyetheretherketone, sulphonated polyether-sulphone, polybenzimidazole
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Hidrojen ve oksijen veya hava ile çalışan polimer elektrolit yakıt pili, yüksek verimli ve atıksız olması nedeniyle, sürdürülebilir bir gelecek için en fazla umut vaat eden elektrik üreten cihazlar arasına girmektedir. Elektrokimyasal reaksiyonların gerçekleştiği zar elektrot yapısı (ZEY) yakıt hücresinin kalbini teşkil eder. Bu çalışmanın amacı alternatif polimer elektrolit zarlar kullanılarak ZEY hazırlama yöntemlerinin geliştirilmesi ve bunların performansının geleneksel Nafion® zarla karşılaştırılmasıdır. Sülfonlanmış polieter-eterketon (SPEEK), kompozit, sülfonlanmış polieter-sülfon harmanlanmış ve polibenzimidazol (PBI) alternatif zarlardır. 2 Birçok toz tipi ZEY hazırlama teknikleri Nafion® zar kullanılarak denenmiştir. Bu teknikler GDT Spreyleme, Zar Spreyleme ve Decal'dir. GDT Spreyleme ve Decal yöntemleri en etkili ve uygun yöntemler olarak belirlenmiştir. Bu yöntemler katalizör yükünü değiştirerek, gözenek yapıcı maddeler kullanarak ve zarın ve GDT'nın işlemden geçirilmesiyle performansın arttırılmasına çalışılmıştır. Nafion® ZEY için elde edilen en yüksek akım yoğunluğu 70 0C hücre sıcaklığında, 0.53 W/cm2 'dir. Buna kıyasla, aynı sıcaklıkta ticari ZEY ile elde edilen performans 0.68 W/cm2 'dir. SPEEK zardan hazırlanan ZEYler daha düşük performans vermişlerdir. Bu zarın 80 0C den yüksek sıcaklıktaki yakıt hücresi çalışma koşulları için uygun olmadığı gözlenmiştir. Ancak, sülfonlanmış polieter-eterketona (SPEEK) ağırlıkça %10 sülfonlanmış polieter-sülfon (SPES) eklendiği zaman, herhangi bir bozulma gözlenmemiş ve yakıt hücresinin çalışma sıcaklığı 90 0C'ye kadar yükseltilebilmiştir. SPEEK ve SPEEK-SPES harmanlı zarlarla yapılan ZEYler için elde edilen en yüksek akım yoğunlukları sırasıyla 70 0C'de 0.29 W/cm2 ve 80 0C'de 0.27 W/cm2'dir. Yakıt pili testleri sırasında ulaşılan en yüksek sıcaklık olan 150 0C, PBI ZEY ile başarılmıştır.
Özet (Çeviri)
Hydrogen and oxygen or air polymer electrolyte membrane fuel cell is one of the most promising electrical energy conversion devices for a sustainable future due to its high efficiency and zero emission. Membrane electrode assembly (MEA), in which electrochemical reactions occur, is stated to be the heart of the fuel cell. The aim of this study was to develop methods for preparation of MEA with alternative polymer electrolyte membranes and compare their performances with the conventional Nafion® membrane. The alternative membranes were sulphonated polyether-etherketone (SPEEK), composite, blend with sulphonated polyethersulphone (SPES), and polybenzimidazole (PBI). 2 Several powder type MEA preparation techniques were employed by using Nafion® membrane. These were GDL Spraying, Membrane Spraying, and Decal methods. GDL Spraying and Decal were determined as the most efficient and proper MEA preparation methods. These methods were tried to improve further by changing catalyst loading, introducing pore forming agents, and treating membrane and GDL. The highest performance, which was 0.53 W/cm2, for Nafion® membrane was obtained at 70 0C cell temperature. In comparison, it was about 0.68 W/cm2 for a commercial MEA at the same temperature. MEA prepared with SPEEK membrane resulted in lower performance. Moreover, it was found that SPEEK membrane was not suitable for high temperature operation. It was stable up to 80 0C under the cell operating conditions. However, with the blend of 10 wt% SPES to SPEEK, the operating temperature was raised up to 90 0C without any membrane deformation. The highest power outputs were 0.29 W/cm2 (at 70 0C) and 0.27 W/cm2 (at 80 0C) for SPEEK and SPEEK-PES blend membrane based MEAs. The highest temperature, which was 150 0C, was attained with PBI based MEA during fuel cell tests.
Benzer Tezler
- Doğrudan metanol yakıt pillerinde kullanılacak yeni katalizörlerin hazırlanması ve tanımlanması
Preparation and characterization of novel catalysts to be used in direct methanol fuel cells
İREM FIRTINA
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ
- Lityum iyon batarya uygulamaları için polipirol esaslı anot bağlayıcılar
PPY based anode binder for lithium ion battery application
IŞIK İPEK AVCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELKIZ USTAMEHMETOĞLU
- Pem yakıt hücresi performansını etkileyen parametrelerin optimizasyonu
Optimization of the parameters effecting pem fuel cell performance
TOLGA GÜMÜŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
- Investigation of polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell and investigation of usage areas in Turkey
Polimer elektrolit membran (PEM) yakıt pilinin araştırılıması ve Türkiye'deki kullanım alanlarının incelenmesi
BENJAMIN AYIM-OTU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSiirt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELİH KUNCAN
PROF. DR. ÖMER ŞAHİN
- Alternatif yöntemler kullanılarak proton değişim membran yakıt hücreleri için yeni membranların geliştirilmesi
Development of new membranes for proton exchange membrane fuel cells by alternative methods
YILSER DEVRİM