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
- Acid doped polybenzimidazole membranes for high temperature proton exchange membrane fuel cells
Yüksek sıcaklıkta çalışan proton geçirgen zarlı yakıt pilleri için asit yüklü polibenzimidazole zarlar
AHMET ÖZGÜR YURDAKUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURCAN BAÇ
PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Yüksek sıcaklık PEM yakıt hücrelerinde metal bipolar tabakanın korozyon direncinin geliştirilmesi
Improving corrosion resistance of the metal bipolar plates at high temperature proton exchange membrane(PEM) fuel cells
ZEHRA AKMER KARAHANOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Mühendislik BilimleriGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ATA
- Design, characterization and modeling of high temperature proton exchange membranes in dead ended anode operated polymer electrolyte membrane fuel cell
Yüksek sıcaklık proton değişim membranlarının tasarım, karakterizasyon, modellenmesi ve anaot çıkış kapalı polimer elektrolit yakıt hücresi içinde çalıştırılması
LALE IŞIKEL ŞANLI
Doktora
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DOÇ. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Synthesis and Characterization of Core-Shell Nanoparticles for Proton Exchange Membrane Fuel Cells
Proton Elektrolit Membranlı Yakıt Pilleri İçin Merkez-Kabuk Nanoparçacık Sentezi ve Karakterizasyonu
KÜBRA AVRUPALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
KimyaBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OKTAY DEMİRCAN
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Synthesis and characterization of 1-vinyl-1,2,4-triazole functional proton exchange membranes (PEMS) based on interpenetrating polymer networks (IPNS) for use in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs)
Polimer elektrolit membran yakıt hücreleri (PEMFCs) için iç içe geçmiş ağ yapı (IPN) yöntemi kullanılarak viniltriazol bazlı proton geçirgen membranların sentezlenmesi ve karekterizasyonu
SHAMSU AHMAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
KimyaFatih ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ EKREM MÜFTÜOĞLU
DOÇ. DR. ABDULHADİ BAYKAL