Hydrogen production from water using solar cells powered Nafion membrane electrolyzers
Güneş pilleri ile çalışan Nafion membran elektrolizörler ile sudan hidrojen üretimi
- Tez No: 202181
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. EROL ŞEKER, DOÇ. DR. GÜLDEN GÖKÇEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 94
Özet
Bu çalısmanın amaçları iki ana baslıkta incelemek gerekirse öncelikle proton geçirgen membran tipinde tek ve çok hücreli elektrolizörler imal etmek daha sonra da bu elektrolizörleri zmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü`nde kurulan fotovoltaik paneller ile biraraya getirerek kampüsümüzde günes enerjisinden hidrojen üretmektir. Katalist kaplı membranlar haricinde, grafit ara ve son yüzeyler, sıkıstırma levhaları, silikon contalar vb. malzemelerin tamamı enstitümüzdeki bilgisayar kontrollü tezgahlarda yapılıp biraraya getirilerek tek ve çok hücreli elektrolizörler imal edilmistir. Yapılan bütün elektrolizörlerde DuPont firmasının Nafion-117 serisi membranları kullanılmıs olup ilk asamada 20 cm2 aktif yüzey alanına sahip tek hücreli elektrolizörler imal edilmistir. Degisen akım yogunlugu (0-500mAmp/cm2), çalısma sıcaklıgı (30-50oC) ve su beslemesinde 1-10gr/d hücre verimi gözlenmistir. Görülmüstür ki 30oC de 2.18V olan ortalama hücre voltajı 50oC de 1.97V'a düsmüs daha da yüksek sıcaklılara çıkılmaya çalısıldıgında hücre contaları eriyerek gaz kanallarını tıkamıs ve membrana yapısmıstır. mal edilen son tek hücreli elektrolizör tasarımı baz alınarak 5 hücreli bir elektrolizör imal edilmistir. 41.5oC de çalısır iken 500mAmp/cm2 akım yogunlugunda 10.09V gerilim ile çalıabilen bu elektrolizör aynı akım yogunlugunda dakikada 388ml hidrojen çıkısı verebilmektedir. Aynı elektrolizöre fotovoltaik modüller ile enerji verilmis ve mevsimsel deneyler sonucunda, elektrolizör akım yogunlugunun 0 ile 1000mAmp/cm2 arası degisir iken gerilimin 7.5V ile 12.5V arasında degistigi gözlemlenmistir. Maksimum 750ml/d hidrojen üretebilen sistemin günlük üretimi hava kosullarına göre 50 ila 350L arasında degismistir. Elektrolizörden kaynaklanan verim kayıplarının yanısıra, sistemdeki önemli bir baska enerji kaybı da elektrolizör çalısma voltaj aralıgının fotovoltaik panellerin maksimum enerji üretim noktasındaki voltajına olan uzaklıgından kaynaklanmıstır.
Özet (Çeviri)
The aims of this thesis are two folds; to construct single and multi cell proton exchange membrane electrolyzers and to evaluate the performance of these electrolyzers powered by solar panels on Iztech campus. All other parts, except the purchased membrane electrode assemblies, were designed, manufactured and assembled in our labs. In the construction of single and multiple cell proton exchange membrane electrolyzers, Nafion-117 based membrane electrode assemblies were used. Graphite bipolar plates, end plates, current collectors and gaskets were machined on institute?s computer numerical controlled lathe. In the first stage, a single cell electrolyzer with 20cm2 available electrolysis surface areas was examined with a direct current power supply by varying current density (0-500mAmp/cm2), water flow rate (0.05 to 0.5g/cm2min), and temperature (30-50oC). It was found that average cell voltage decreases from 2.18V at 30oC to 1.97V at 50oC when the current density is 500mAmp/cm2. Since cell gaskets were softened and stick to the membrane above 50oC of operating temperature, temperatures higher than 50 oC could not be tested. Five cell electrolyzer stack was constructed according to the final single cell design. It was observed that the stack could generate 388ml/min hydrogen under 500mAmp/cm2 and 10.09V of the operating condition at 41.5oC. When the stack was directly coupled with a solar array, voltage of the stack was found to vary from 7.5V to 12.5V and the current density changes from 0 to 1000mAmp/cm2 with respect to the solar radiance of the day. This results in a voltage efficiency ranging from 98.7% to 60% based on the higher heating value of hydrogen. Electrolyzer powered by solar cells can generate up to 750ml/min hydrogen and total daily production could be as high as 350L per day but weather condition greatly affects the production rate. Together with the losses inside the electrolyzer, another important energy loss is due to voltage mismatches between PV array and electrolyzer in low solar irradiance during sunrise and sunset.
Benzer Tezler
- Use of solar and wind energy in hydrogen production for transportation
Ulaşım için hidrojen üretiminde güneş ve rüzgar enerjisinin kullanımı
BERK ÇETİNER
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BARUTÇU
- Random forest yöntemi kullanarak polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücrelerinin ömrünün belirlenmesi
Determining life span in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell using random forest method
HAVVA NUR SAĞDIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
PROF. DR. SERDAR YAMAN
DOÇ. DR. HALİT EREN FİGEN
- Hidrojen enerjisi ve yakıt hücreleri
Hydrogen energy and fuel cells
ELİF KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine MühendisliğiDumlupınar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. RAMAZAN KÖSE
- Foto elektrokimyasal hidrojen üretimi uygulamaları için elektrot dizaynı ve performans ölçümü
Performance measurement and electrode design for application of photo electrochemical hydrogen production
EMRE KAAN CAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilim ve TeknolojiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. NURDAN DEMİRCİ SANKIR
PROF. MEHMET SANKIR
- Nanoparçaçık temelli hidrojen üretimi
Hydrogen production based on nanoparticles
EMRE ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
EnerjiSelçuk ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERSÖZ
DOÇ. DR. İMREN HATAY PATIR