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: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 248
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 elektrolizörlerin manyetik alan altındaki çalışma performansının incelenmesi ve katalizör geliştirilmesi
Investigation the performance of PEM water electrolyzers under magnetic field anddevelopment of electrocatalyst
MEHMET FATİH KAYA
Doktora
Türkçe
2018
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
- Sodyum-selenyum pil sisteminin geliştirilmesi
Development of sodium-selenium batteries
ZEYNEP ERDÖL
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ATA
PROF. DR. REZAN DEMİR ÇAKAN
- Palladyom eşektrodun seçici elektrokatalitik özelliklerinin D-Glikozun elektrooksidsyonunda belirlenmesi
The Determination of selective properties of palladium electrode in D-Glucose electrooxidation
İPEK BECERİK
- Design, synthesis and application of electrospun heterostructured nanofibers for electrocatalytic hydrogen evolution reactions from water splitting
Su ayrışmasından kaynaklanan elektrokatalitik hidrojen evrimi reaksiyonları için elektro-eğirilmiş heteroyapılı nanoliflerin tasarımı, sentezi ve uygulaması
ELİF BEGÜM YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Enerjiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DÖNÜŞ TUNCEL
- Preparation and characterization of metal oxide supported group 9b metal nanoparticles and their use as electrocatalysts in water splitting
Metal oksitlerle desteklenmiş grup 9b metal nanoparçacıklarının hazırlanması, tanımlanması ve elektrokimyasal katalizörler olarak suyun ayrışmasında kullanılması
MERVE AKBAYRAK
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET MUHTAR ÖNAL