Cross-linked polybenzimidazole membranes for high temperature PEM fuel cells
Yüksek sıcaklık PEM yakıt pilleri için çapraz bağlanmış polybenzimidazol membranlar
- Tez No: 512075
- Danışmanlar: PROF. DR. NECATİ ÖZKAN, DOÇ. DR. YILSER DEVRİM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Son yıllarda yapılan literatür araştırmaları göstermiştir ki, Polimer Elektrolit Membran Yakıt Pillerinde (PEMYP) operasyon sıcaklığının arttırılması yakıt safsızlığına daha yüksek tolerans, iyileştirilmiş elektrot kinetiği, kolaylaştırılmış su ve ısı yönetimi gibi avantajlar sağlamaktadır. Ancak yüksek sıcaklık çalışmalarında, membranların kaçınılmaz bir şekilde asit kaybına uğradığı ve bu sebeple yüksek sıcaklıkta performans kaybının yaşandığı gözlemlenmiştir. Dolayısıyla, yüksek sıcaklıklarda asit kaybının engellenmesi için yeni yöntemlerin geliştirilmesi bir gereklilik halini almıştır. Bu çalışmada, yüksek sıcaklık PEMYP'ler (YS-PEMYP) için geliştirilmiş özelliklere sahip çapraz bağlanmış PBI bazlı membranların hazırlanması amaçlanmıştır. Bu özelliklerin başında düşük asit kayıp oranları ve yüksek YS-PEMYP performansı sayılabilir. Çapraz bağlanmış polibenzimidazol membranlar bu tez kapsamında geliştirilmiş ve polibenzimidazol kimyasının anlaşılması açısından önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bu çalışmada, BADGE, DBpX, EGDE ve TPA kullanılarak hazırlanan kovalent çapraz bağlanmış PBI bazlı membranlar performansları ve diğer özellikleri açısından incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Membran karakterizasyonu için asit yükleme, asit kaybı, proton iletkenlik, DMAc içinde çözülme, SEM, TGA, ve FTIR analizleri yürütülmüştür ve çapraz bağlanmanın etkisi analiz edilmiştir. TPA, BADGE ve DBpX çapraz bağlayıcıları ile hazırlanan membranlar tek hücreli YS-PEMYP test istasyonunda test edilmiştir. EGDE çapraz bağlayıcısı ile hazırlanan membran, karakterizasyonlar sonucunda yetersiz bulunduğu için yakıt pili testlerinde kullanılmamıştır. YS-PEMYP testlerinde kuru H2 ve hava gazları kullanılarak 1650C'de gerçekleştirilmiştir. PBI membran 0.6 V'da sırasıyla 0.085 W.cm-2 maksimum güç yoğunluğuna ve 0.081 A. cm-2 akım yoğunluğuna ulaşmıştır. PBI-TPA-5 tüm membranlar içindeki en düşük performansı gösteren membran olmuştur. 0.6 V'da 0.051 W.cm-2 maksimum güç yoğunluğu ve 0.048 A.cm-2 akım yoğunluğuna ulaşabilmiştir. PBI-DBpX-3 membranı ise 0.106 W.cm-2 maksimum güç yoğunluğu ve 0.100 A.cm-2 akım yoğunluğuna ulaşarak en yüksek ikinci performansı göstermiştir. Bu çalışmada elde edilen en yüksek akım, 0.121 A.cm-2, ve güç yoğunluğu, 0.123 W.cm-2 , PBI-BADGE-5 membran ile elde edilmiştir. Çapraz bağlayıcı etkisinin incelenmesi amacı ile ağırlıkça % 7.5 ve % 2.5 BADGE çapraz bağlayıcısı kullanılarak ikinci bir membran seti hazırlanarak yakıt pili performansları belirlenmiştir. PBI-BADGE-7.5 ve PBI-BADGE-2.5 membranlarının sırasıyla 0.019 W.cm-2 ve 0.027 W.cm-2 güç yoğunluklarına ulaştığı gözlemlenmiştir. Bu testler sonucunda, PBI-BADGE-5 membranın yüksek sıcaklık yakıt pili uygulamalarında en iyi performansı gösterdiği belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Literature studies have shown that it is desirable to increase operation temperature of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) due to the reasons like reduced fuel impurity sensitivity, fast electrode kinetics, simple thermal and water management. However, during fuel cell operation at high temperatures, the PEM suffers from inevitable leaching out of the doped acid, which can have deteriorating effect on the membrane performance. Thus, there is always a need to minimize this problem by making ways so that the PBI based membrane can retain sufficient acid even at elevated temperatures. In this study, developing cross-linked PBI membranes for High Temperature PEMFC (HT-PEMFC) membranes with enhanced acid retention capability and better HT-PEMFC performance is the primary goal. Significant progress was made regarding the understanding of polybenzimidazole (PBI) chemistry. Extensive work has been conducted concerning preparation and characterization of covalently cross-linked PBI membranes. PBI membranes cross-linked by BADGE, DBpX, EGDE and TPA were prepared and their properties and performances were studied comperatively along with pristine PBI membrane. Membranes were characterized using acid doping, and acid leaching, proton conductivity, extraction in DMAc, SEM, TGA, and FTIR analyses in order to investigate the influences of cross-linking. The membranes prepared with TPA, BADGE and DBpX were tested in a single cell HT-PEMFC test unit. The membranes prepared with EGDE cross-linker was not studied further after the observation of nonpromising results. HT-PEMFC tests were conducted with dry air and H2 as reactants, at 1650C. The pristine PBI membrane based MEA reached to 0.085 W.cm-2 maximum power density and 0.081 A.cm-2 current density at 0.6 V. PBI-TPA-5 has shown the poorest performance among all the membranes with 0.051 W.cm-2 maximum power density and 0.048 A.cm-2 current density. PBI-DBpX-3 membrane gave 0.106 W.cm-2 power density and 0.100 A.cm-2 current density. The current density for PBI-BADGE-5 was found to be 0.121 A.cm-2 and maximum power density was determined as 0.123 W.cm-2. This is the highest performance obtained in this study. PBI-BADGE membranes were further investigated in order to determine the influence of cross linker content. Two additional sets of membranes with different cross linker content (2.5 and 7.5%) were prepared, characterized and tested. PBI-BADGE-7.5 showed maximum power density of 0.019 W.cm-2, while PBI-BADGE-2.5 showed maximum power density of 0.027 W.cm-2. After these results, PBI-BADGE-5 was found as the best performing membrane.
Benzer Tezler
- Elektrospinning tekniği ve UV ışımasının eşzamanlı olarak uygulanması ile nanofiber membranların uygulanması hazırlanması ve kıymetli metallerin adsorpsiyonunda
Preparation of nanofiber membranes by the implementation of electrospinning technique and UV radiation simultaneously and application on adsorption of precious metals
BİHTER ZEYTUNCU
Doktora
Türkçe
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- POLYHIPE SUPPORTED SORBENT FOR SELECTIVE MERCURY REMOVAL FROM AQUEOUS SOLUTIONS
SULU ÇÖZELTİLERDEN SEÇİCİ CİVA GİDERİMİ İÇİN POLYHIPE DESTEKLİ SORBENT
HİLAL BÜLBÜL ÖNGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDEM YAVUZ
- Deneysel vestibüler ve koklear toksisite modelinde çapraz bağlı hyaluronik asitin etkilerinin incelenmesi
Cross-linked hyaluronic acid's effects in rat vestibular and cochlear toxicity model
ERDAL ERKOÇ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2019
Kulak Burun ve BoğazDokuz Eylül ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Ana Bilim Dalı
PROF. ENİS ALPİN GÜNERİ
- Süperkrtik CO2 ile ön işlem görmüş Candida rugosa ve Candida antarctica lipaz enzimlerinin çapraz bağlı enzim agregatları
Cross linked enzyme aggregates of Candida rugosa and Candida antarctica pretreatment with supercritical CO2
DERYA DİNÇYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
BiyomühendislikCumhuriyet ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR SALGIN
- Preparation of cross-linked tyrosinase aggregates
Çapraz bağlanmış tirosinaz çökeltilerinin hazırlanması
BURCU SELİN AYTAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UFUK BAKIR