High temperature proton exchange membrane fuel cells
Yüksek sıcaklıkta çalışabilen proton değişim zarlı yakıt hücreleri
- Tez No: 255296
- Danışmanlar: PROF. DR. NURCAN BAÇ, PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Yakıt hücreleri, Fuel cells
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Proton değişim zarlı yakıt hücrelerinin çalışma sıcaklıklarının 100oC üzerine çıkarılması; hızlı elektrot kinetiği, yakıt safsızlıklarının toleransı, kolay ısı ve su yönetimi gibi avantajlardan dolayı tercih edilir.Bu çalışmada amaç; yüksek sıcaklıkta çalışabilen proton değişim zarlı bir yakıt pili geliştirmektir. Elektrolit malzemesi olarak; fosforik asit yüklü polibenzimidazol membran seçilmiştir. Reaksiyon süresi (18-24 saat) ve sıcaklığı (185-200oC) gibi sentez koşulları değiştirilerek farklı molekül ağırlıklarında (18700-118500) polimerler sentezlenmiştir. Polibenzimidazolun oluşumu FTIR, H-NMR ve elementel analiz ile doğrulanmıştır. Sentezlenen polimerler iyi mekanik dayanım ve yüksek ısıl kararlılığa sahip homojen membranlar hazırlamak için kullanılmıştır. Fosforik asit ile yüklenen membranlar membran elektrot ataçları hazırlamak için kullanılmıştır.Yakıt pili testleri için, hücrenin anot ve katot bölümlerine sırasıyla kuru hidrojen ve oksijen gazları 0.1 slpm hızda beslenmiştir. Tek hücrenin 160oC sıcaklığa kadar çalıştırılması başarılmıştır. Katalizör iyonomeri polibenzimidazolden polibenzimidazol -polivinylidene fluorid karışımına değiştirildiğinde; 150oC'de gözlemlenen güç çıkışı 0.015W/cm2'den 0.061 W/cm2'ye çıkmıştır. Yakıt pili işletim sıcaklığı 125oC ve 160oC'ye değiştirildiğinde ise güç çıkışları sırasıyla 0.032W/cm2 ve 0.063W/cm2 olarak elde edilmiştir. Tek hücre testleri 100µm ve 70µm kalınlığındaki membranlarla yapıldığında; sırasıyla 0.035W/cm2 ve 0.070W/cm2 maksimum güç çıkışları vermiştir. Dolayısıyla daha ince membranların yüksek sıcaklıklarda daha iyi performans verdiği sonucuna ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
It is desirable to increase the operation temperature of proton exchange membrane fuel cells above 100oC due to fast electrode kinetics, high tolerance to fuel impurities and simple thermal and water management.In this study; the objective is to develop a high temperature proton exchange membrane fuel cell. Phosphoric acid doped polybenzimidazole membrane was chosen as the electrolyte material. Polybenzimidazole was synthesized with different molecular weights (18700-118500) by changing the synthesis conditions such as reaction time (18-24h) and temperature (185-200oC). The formation of polybenzimidazole was confirmed by FTIR, H-NMR and elemental analysis. The synthesized polymers were used to prepare homogeneous membranes which have good mechanical strength and high thermal stability. Phosphoric acid doped membranes were used to prepare membrane electrode assemblies.Dry hydrogen and oxygen gases were fed to the anode and cathode sides of the cell respectively, at a flow rate of 0.1 slpm for fuel cell tests. It was achieved to operate the single cell up to 160oC. The observed maximum power output was increased considerably from 0.015 W/cm2 to 0.061 W/cm2 at 150oC when the binder of the catalyst was changed from polybenzimidazole to polybenzimidazole and polyvinylidene fluoride mixture. The power outputs of 0.032 W/cm2 and 0.063 W/cm2 were obtained when the fuel cell operating temperatures changed as 125oC and 160oC respectively. The single cell test presents 0.035 W/cm2 and 0.070 W/cm2 with membrane thicknesses of 100 µm and 70 µm respectively. So it can be concluded that thinner membranes give better performances at higher temperatures.
Benzer Tezler
- Investigations of new horizons on H2/O2 proton exchange membrane fuel cells
H2/O2 proton değişim zarlı yakıt hücrelerinde yeni ufukların araştırılması
AHMET ÖZGÜR YAZAYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNCİ EROĞLU
PROF. DR. LEMİ TÜRKER
- Proton geçirgenli polimerik membran eldesi
The development of proton permeable polymeric membran
SELDEN ÇEPNİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. SEYFETTİN ERTURAN
- Development and characterization of composite proton exchange membranes for fuel cell applications
Yakıt pili uygulamaları için kompozit proton değişim membranları geliştirilmesi ve karakterizasyonu
R. GÜLTEKİN AKAY
Doktora
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURCAN BAÇ
- 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
- Exergoeconomic analysis of pem fuel cell systems for transportation applications
Taşıma uygulamaları için pem yakıt hücresi sistemlerinde eksergoekonomik analiz
SUHA ORÇUN MERT
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEHRA ÖZÇELİK
PROF. DR. İBRAHİM DİNÇER
- Fosfinoksit içeren yeni polimerlerin sentezi ve membran uygulamaları
Synthesis and membrane applications of new polymers containing phosphineoxide
MUSTAFA ÇAKIR