Electrocatalyst development and modeling of nonisothermal two-phase flow for PEM fuel cells
PEM yakıt pili için elektrokatalizör geliştirilmesi ve izotermal olmayan iki fazlı akışın modellenmesi
- Tez No: 286226
- Danışmanlar: PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektrokinetik, Yakıt hücreleri, Electrokinetic, Fuel cells
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Polimer elektrolit zarlı (PEM) yakıt pillerinde su ve ısı yönetimini araştırmak için makro-türdeş, izotermal olmayan, iki fazlı, kararlı durum matematiksel modeli geliştirilmiştir. Özgün, iki fazlı enerji denkliği yaklaşımı kullanılarak, reaktant giriş sıcaklıkları ve yakıt pili sıcaklığı arasında önemli sıcaklık değişimi olduğu soğuk çalıştırma gibi durumlardaki ısıl aktarım olgularının yakalanması amaçlanmıştır. Modelde anot ve katot tepkimeleri için ayrıntılı elektrot kinetiği göz önünde bulundurulmuştur. Dış ve iç kütle aktarım dirençlerinin yakıt pili verimine etkileri ince tabaka ve topak yaklaşımı kullanılarak incelenmiştir.Geliştirilen model, gözenekli ortamda çoklu bileşen gaz karışımlarının difüzyonu, katalitik bölgelerdeki elektrokimyasal tepkimeler, katı polimer elektrolitte su ve proton aktarımı, katı matriste elektron aktarımı, gaz ve katı fazlarda ısı aktarımı, gözenekli difüzyon bölgesi ve katalizör tabakalarında faz değişimi ve su aktarımı gibi bütün önemli aktarım olgularını içermektedir. Bu çalışmada, ısı ve su aktarımının yakıt pili verimi için ne kadar önemli olduğu açıkça gösterilmiştir. Model tahminleri, kutuplaşma eğrileri, doyma ve sıcaklık değişimi sonuçlarının deneysel verilerle karşılaştırılmasıyla doğrulanmıştır.En uygun elektrot kinetiği verimini sağlamak için alternatif içi boş kabuğu orta gözenekli (HCMS) karbon destekli yeni Pt ve Pt-Pd elektrokatalizörler mikrodalga yöntemi ile sentezlenmiştir. HCMS karbon kürecikleri iki farklı karbon kaynağı kullanılarak içi katı kabuğu orta gözenekli (SCMS) silika küreciklerinin kalıp kopyalamasıyla üretilmiştir. Yakıt pili ortamında, HCMS karbon destekli Pt ve Pt-Pd elektrokatalizörler Pt/VX ve ETEK elektrokatalizörlerle karşılaştırıldığında umut verici katot ve anot elektrot kinetiği verimi gösterdiği bulgulanmıştır.
Özet (Çeviri)
A macro-homogeneous, nonisothermal, two-phase, and steady state mathematical model is developed to investigate water and thermal management in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells. An original two-phase energy balance approach is used to catch the thermal transport phenomena in cases when there is a significant temperature difference between the fuel cell temperature and the reactants inlet temperatures like during cold start-up. Model considers in depth electrode kinetics for both anode and cathode reactions. External and internal mass transfer resistances on fuel cell performance are accounted by means of a thin--film and agglomerate approach.Developed model accounts for all substantial transport phenomena including diffusion of multi-component gas mixtures in the porous media, electrochemical reactions in the catalytic regions, water and proton transport through the solid polymer electrolyte, transport of electrons within the solid matrix, heat transport in the gas and solid phases, phase change and transport of water through porous diffusion media and catalyst layers. In this study, it is truly shown how significant heat and water transport are to overall fuel cell performance. Model predictions are validated by comparison with experimental data, involving polarization curves, saturation and temperature gradients.For optimal electrode kinetics purposes, an alternative novel hollow core mesoporous shell (HCMS) carbon supported Pt and Pt-Pd electrocatalysts were synthesized by microwave irradiation. HCMS carbon spheres were produced by two different carbon precursors with the template replication of solid core mesoporous shell (SCMS) silica spheres. Compared to Pt/VX and ETEK electrocatalysts, HCMS carbon based Pt and Pt-Pd electrocatalysts showed promising cathode and anode electrodics performance in the fuel cell environment.
Benzer Tezler
- PEM yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere katot katalizör geliştirilmesi, hücre verimine etkisinin incelenmesi ve performans modellemesi
Cathode catalyst development for use in PEM fuel cells, investigation of cell efficiency and performance modelling
TOLGA KAAN KANATLI
Doktora
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEZİHE AYAS
- AB-initio modelling of oxygen reduction reaction on doped graphene surface in acidic media
Katkılanmış grafen yüzey üzerindeki oksijen indirgenmereaksiyonunun asidik ortamda AB-initio modellenmesi
HASAN OZAN AVCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- Development of transition metal incorporated iridium oxide electrocatalyst and electrodes for oxygen evolution reaction (OER) in membrane based electrolyzers
Membran bazlı elektrolizörlerde oksijen evrim tepkimesi (OER) için geçiş metali katkılı iridyum oksit elektrokatalizör ve elektrot geliştirilmesi
BAHADIR PATIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALP YÜRÜM
PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Development of non-noble (Co-n/mwcnt) and polybenzimidazole-modified (Pt-pbi/mwcnt) electrocatalysts for high-temperature pem fuel cell applications
Yüksek sıcaklık pem yakıt hücreleri için düşük maliyetli ve yüksek performanslı (Co-n/mwcnt) ve polibenzimidazol (pbı) ile modifiye edilmiş (Pt-pbı/mwcnt) elektrokatalizörlerin geliştirilmesi
ENİS OĞUZHAN EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN
- Enerji dönüşüm sistemlerinde oksijen elektrokatalizi için modifiye elektrot geliştirilmesi ve çinko hava pili uygulamaları
Development of modified electrodes for oxygen electrocatalysis in energy conversion systems and zinc-air battery applications
ÖZGÜN AKDAĞ