Yakıt hücresi uygulamaları için polivinil alkol esaslı anyon değişim membranlarının geliştirilmesi
Improving polyvinyl alcohol based anion exchange membranes for fuel cell applications
- Tez No: 456966
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. GÜLŞEN ALBAYRAK ARI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Chemistry, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
PEM yakıt hücreleri, anyon (hidroksil iyonu) veya proton (hidrojen iyonu) değişim membran yakıt hücreleri (ADMYH/PDMYH) olarak sınıflandırılabilirler. PDMYH'ler, yüksek verimlilikleri, yüksek enerji ve güç yoğunlukları, düşük emisyonları, düşük çalışma sıcaklıklarıyla ticarileşmesi en olası yakıt hücresi türüdür. Ancak ADMYH'ler, bazik ortamda oksijen indirgenme reaksiyon kinetiğinin daha hızlı olması sayesinde PDMYH'lerin aksine ucuz metal katalizör kullanımına olanak sağlamaktadır. ADMYH'de OH- iyonları katottan anoda transfer olduğundan, iyonlarla sürüklenerek katot tarafına taşınan yakıt miktarının az olması ve elektroosmatik sürüklemeyle katottan suyun uzaklaştırılması sonucunda su yönetiminde iyileşme sağlanması üstünlükleri de bulunmaktadır. Alkali Yakıt Hücreleri'ne benzer işleyişlerine rağmen, elektrolit olarak polimerik membran kullanıldığından, karbondioksit zehirlenmesi gerçekleşmez. ADMYH uygulamaları için henüz Nafion gibi dayanıklı, kararlı ve ticari olarak kullanılabilen bir membran geliştirilememiştir. Çalışmada yüksek, sürdürülebilir iletkenlik ve performans kararlılığına sahip PVA esaslı KOH katkılı ADM'ler geliştirilmesi amaçlanmıştır. Farklı çapraz bağlayıcı ajanlarla (glutaraldehit-GA, polietilen glikol diglisidil eter-PEGDGE) hazırlanan KOH katkılı PVA membranlar, poli dialil dimetil amonyum klorür (PDDA) ve polistiren sülfonik asit (PSS) polielektrolit çiftiyle Tabakalı Kaplama Yöntemi (Layer-By-Layer/LBL) kullanılarak çok tabakalı ince filmle kaplanmıştır. Membranların karakterizasyonu; FTIR, TGA, XRD, temas açısı ölçümü, su tutma kapasitesi, iyonik iletkenlik, uzun süreli kararlılık testleriyle gerçekleştirilmiştir. Sonuçta PEGDGE ile çapraz bağlanmış PVA esaslı membranların daha yüksek iyonik iletkenliğe sahip oldukları; LBL yöntemiyle membran yüzeyinde oluşan ince filmin iyonik iletkenliği arttırdığı; uzun süreli kararlılık testleri sonucunda ince film oluşumunun ADM'nin iyonik iletkenlik kararlılığını arttırdığı görülmüştür. LBL yöntemiyle ince film kaplı ADM hazırlamanın, yakıt hücresi uygulamaları için yüksek ve sürdürülebilir iyonik iletkenliğe sahip ADM geliştirilmesinde uygulanabilecek bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Polymer electrolyte membranes are classified as anion (hydroxyl ion) and proton exchange membrane fuel cells. PEMFCs have the most commercialization chance due to their properties. However, AEMFCs have advantages like allowing usage of inexpensive metal catalyst owing to the faster reaction kinetics of oxygen reduction in alkaline media, lower fuel crossover to the cathode side and improvement in water management due to electroosmotic drag transporting water away from cathode. Although they have the similar operation with AFCs there's no issue related CO2 poisoning in this fuel cell because of the usage of polymeric membrane. For AEMFC applications, a durable, stable and commercial membrane like Nafion hasn't been developed yet. This thesis aims to develop KOH doped PVA based membranes having high, sustainable conductivity and high performance stability. KOH doped PVA membranes crosslinked with different crosslink agents (gluteraldehyde-GA, polyethylene glycol diglicidyl ether-PEGDGE) are coated with thin film by using Layer-by-Layer (LBL) technique with polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA) ve polistyrene sulfoic acid (PSS). Membranes have been characterized by FTIR, TGA, XRD, contact angle measurements, water uptake, ionic conductivity, long-term stability tests. In the results, PVA based membranes crosslinked with PEGDGE have higher ionic conductivities; the thin film formed on the membrane with LBL technique increased the conductivity; after long term stability tests, thin film forming increased ionic conductivity of the AEM. It's concluded that the preparation of thin film coated AEMs by using LBL technique is a method that can be applied to improve AEMs that have high and sustainable ionic conductivity.
Benzer Tezler
- The production of azole functional novel proton conductive membranes for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) applications
Polimer elektrolit membran yakıt hücresi uygulamaları için azol fonksiyonlu yeni proton iletken membranların hazırlanması
DENİZ SİNİRLİOĞLU
Doktora
İngilizce
2016
KimyaFatih ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ EKREM MÜFTÜOĞLU
PROF. DR. AYHAN BOZKURT
- Yakıt hücreleri için tabakalı kaplama yöntemi ile polimer elektrolit membranların geliştirilmesi
Development of polymer electrolyte membranes by layer by layer (LBL) technique for fuel cell applications
SERPİL YILMAZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
- Yakıt hücresi uygulamaları için stiren-(etilen-bütilen)-stiren (SEBS) esaslı kompozit polielektrolit membran geliştirilmesi
Development of styrene-(ethylene-buthylene)-styrene (SEBS) based composite polyelectrolyte membrane for fuel cell applications
KİNYAS POLAT
- Anyon değişim membran yakıt hücreleri için imidazolyum fonksiyonlu membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of imidazolium functionalized membranes for anion exchange membrane fuel cells
ÖYKÜ ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Enerjiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN ALBAYRAK ARI
- Pem yakıt hücresi performansını etkileyen parametrelerin optimizasyonu
Optimization of the parameters effecting pem fuel cell performance
TOLGA GÜMÜŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ