Development of solid sodium borohydride hydrogen gas generator for portable PEM fuel cell applications
Taşınabilir PEM yakıt pili uygulamaları için katı sodyum borhidrür hidrojen gaz jeneratörünün geliştirilmesi
- Tez No: 489555
- Danışmanlar: PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Katı Sodyum Borhidrür, Enerji, Hidrojen, PEM yakıt pili, Taşınabilir Uygulamalar, Solid sodium borohydride, Energy, PEM Fuel Cell, Hydrogen, Portable applications
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 155
Özet
Hidrojen fosil yakıtlara alternatif olarak gösterilen en önemli enerji kaynağıdır. Hidrojene dayalı bir ekonomi sistemine doğru geçişte en büyük engel olarak hidrojen depolama sorunu görülmektedir. Bor bazlı bir bileşik olan sodyum borhidrür, NaBH4, insansız hava araçları gibi uygulamalara yönelik daha uygun bir hidrojen depolama yöntemidir. Ancak NaBH4 hidrolizinden hidrojen elde yönetiminin de yaygınlaştırılmasında bazı sorunlar vardır. Bu doktora tezi sodyum borhidrür hidrolizinin ticarileştirilmesindeki önemli üç etkene vurgu yaparak çözüm sağlamayı hedeflemektedir. Bunlardan ilki, katı fazda NaBH4 kullanarak sistemin ağırlıksal olarak hidrojen depolama kapasitesini evrensel hedeflerini karşılayacak şekilde arttırmaktadır. İkinci olarak, katı fazda sodyum borhidrür kullanarak ayrı bir sodyum borhidrür solüsyonu için gereken depolama tankına gereksinimi ortadan kaldırdığı için sistemin ağırlığını azaltmaktadır. Sistem ağırlığı taşınabilir uygulamalar için önemli bir parametredir. Son olarak ise ucuz, etkili ve yaygın olarak bulunabilen FeCl3 ve CoCl2 gibi katalizör kullanarak sistem maliyetini düşürmektedir. Bu çalışmada katalizör reaktöre 2 farklı yöntem kullanılarak eklenmektedir. Yöntem 1'de, katı katalizör ve katı NaBH4, camdan yapılan rekatör içerisine yerleştirilir ve üzerine su eklenerek H2 üretimi başlatılır. Eklenen su miktarının optimize edilmesi gereken en önemli parametre olduğu bulunmuştur. Yöntem 1 için elde edilen en yüksek H2 üretim hızı 1.88L/dk ve verimi ise % 63.5 olarak bulunmuştur. Bu durumda 5g NaBH4, 0.5 g FeCl3 ve 33.3g su kullanılmıştır. Yöntem 2'de ise, sadece katı NaBH4 reaktör içerisine yerleştirilir. Katı katalizör istenilen miktar su içerisinde çözülerek katalizör çözeltisi elde edilir. Bu katalizör çözeltisi H2 üretimini başlatmak için reaktöre eklenir. Yöntem 2'de elde edilen en yüksek H2 üretim hızı 2.6L/dk olup 10g NaBH4, 66.6g su içerisinde 1g FeCl3 çözülülerek kullanılmıştır. Verim ise %76.28 olarak hesaplanmıştır. Bu Yöntem 2'de elde edilen durum geliştirilen NaBH4 sisteminin yakıt pili ile entegrasyonu için kullanılmıştır. Bu tez katı fazda NaBH4 hidrolizinin PEM yakıt pili performansında test edilmesinin ilk örneğidir. Ayrıca, geliştirilen bu sistemin taşınabilir uygulamalar için PEM yakıt piline gerekli hidrojeni sağlayabilecek kapasitede olması hedeflenmektedir.
Özet (Çeviri)
Hydrogen is considered as a promising candidate to replace fossil fuels. For implementing a hydrogen based infrastructure, hydrogen storage is the main obstacle that is needed to be overcome. Being boron based compound, sodium borohydride, NaBH4, is a convenient hydrogen storage material for applications like unmanned air vehicles. There are several issues behind commercialization of NaBH4 hydrolysis systems. This doctorate thesis aims to be solution of NaBH4 hydrolysis system by highlighting three main contributions. First, the usage of solid state NaBH4 enables to increase the gravimetric H2 storage capacity of the system in order to meet international targets. Second, solid NaBH4 usage decreases the system's weight since it does not require a separate fuel storage tank, which is very important for practical applications. Finally, by using accessible and effective catalysts like FeCl3 and CoCl2 it decreases the system's cost. In this study catalyst was added by following two methodologies. In the Case 1, solid catalyst was placed in a glass reactor with solid NaBH4 and water added to initiate the hydrolysis reaction. The water amount is found to be a critical parameter that should be optimized. The maximum hydrogen generation rate was obtained for Case 1 is 1.88L/min with an efficiency of 63.5% when 5g of NaBH4, 0.5 g FeCl3 and 33.3g water was used. In Case 2, solid NaBH4 was placed in a glass reactor. Solid catalyst was dissolved in desired amount of water to obtain catalyst solution. This catalyst solution was added into the reactor to generate hydrogen. The maximum hydrogen generation rate was obtained for Case 2 is 2.6L/min when 10g NaBH4, 1g FeCl3 was dissolved in 66.6g water with an efficiency of 76.28%. This condition is used in the integrated developed solid NaBH4 system with PEMFC. This is the first time that solid state sodium borohydride hydrolysis system was tested for PEM fuel cell performance.
Benzer Tezler
- Karbon dioksit giderimi için yeni süreç geliştirilmesi
Development of a novel process for carbondioxide fixation
MURAT EFGAN KİBAR
Doktora
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE NİLGÜN AKIN
- Computational design of ammonium metal borohydrides
Amonyum metal borohidrürlerin hesaplamalı tasarımı
BARIŞ ÇAKIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM TEKİN
- Sodyum borhidrürün hidrolizinden hidrojen üretimi için heterojen katalizörlerin geliştirilmesi ve tepkime kinetiğinin geliştirilmesi
Development of heterepgeneous catalysts for hydrogen production from sodium borohydride and investigation reaction of kinetics
SERDAR ERDOĞAN
- Metal oksit destekli bimetalik kobalt katalizörleri ile sodyum borhidrürün hidrolizinden hidrojen üretimi
Hydrogen generation from hydrolysis of sodium borohydride on metal oxide supported bimetallic cobalt catalysts
HATİCE ÖNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN ÖZDEMİR
- Preparation and characterization of zeolite confined cobalt(0) nanoclusters as catalyst for hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane
Zeolit gözenekleri içine hapsedilmiş kobalt(0) nanokümelerin hazırlanması, tanımlanması ve sodyum borhidrür ile amonyak boranın hidrolizinden hidrojen üretiminde katalizör olarak kullanılması
MURAT RAKAP