Polymer electrolyte membrane fuel cells operating under ultra-low stoichiometric anode flow conditions
Çok düşük stokiyometrik anot akışı koşullarında çalışan polimer elektrolit membranlı yakıt pilleri
- Tez No: 512416
- Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Polimer elektrolit membranlı yakıt pili hidrojendeki kimyasal enerjiyi direct olarak elektrik enerjisine çeviren bir sistemdir. Amerika Enerji Departmanı tarafından binek otomobiller için belirlenen 2020 hedeflerine, maliyet, dayanıklılık ve verim başlıkları dışında ulaşılmıştır. Yakıt pilinin anot çıkışı kapatılarak (anot çıkışı kapalı) tüm hidrojenin katot tarafına geçmeye zorlanması sonucu verimliliğin arttırılması mümkündür. Bu durum hidrojen kullanım yüzdesini ve verimini arttırsa da, anot çıkışında biriken su ve azot bu bölgede local hidrojen yoksunluğuna ve akabinde karbon destek malzemesinin geri dönüştürülemez bir şekilde aşınmasına ve performans kaybına sebep olmaktadır. Bu olumsuzluğun giderilmesinin yollarından birisi anot çıkışının çok düşük akışlarda (çok düşük stokiyometrik anot akışı) sürekli olaral tasfiye edilmesidir. Bu tasfiye sonucu anot çıkışında biirken su ve azot tahliye edilebilmektedir. Bu tez çalışmasında, anot çıkışı kapalı ve çok düşük stokiyometrik akış koşullarının performans kaybına olan etkileri 2 farklı numune üzerinde çalışılmıştır. Çok düşük stokiyometrik akış koşullarının anot çıkışı kapalı çalışma koşuluna göre iki kat daha az aşındırmaya sebep olduğu, buna ragmen hidrojen kullanım oranının % 99.93 olarak kaldığı gösterilmiştir. Karbon korozyon miktarı, standard bir malzeme için hala normal çalışma koşullarına (anot çıkışı açık) göre daha fazladır. Dayanıklılığı arttırmak için yeni malzemeler araştırılmalıdır. Bu yeni malzemelerin gerçek çalışma koşulları altında karbon korozyonuna dayanıklılığını hızlı ve kolay bir şekilde test edebilmek için karbon korozyonunu öne çıkaran bir hızlandırılmış stress testi dizayn edilmiştir. Dizayn edilen bu testi gerçekleştirebilmek için çok düşük akışları yüksek hassasiyette control edebilecek bir system geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The polymer electrolyte membrane fuel cell is a system that converts chemical energy of hydrogen directly into electrical energy. 2020 targets set by the U.S. Department of Energy for light duty vehicles are already accomplished except for the cost, durability and efficiency. The efficiency can be improved by turning off the anode exit of the fuel cell (dead-ended anode mode) and forcing all the hydrogen to move to the cathode. Even though this maximizes the hydrogen utilization and the efficiency, the accumulated water and nitrogen causes local fuel starvation which leads to irreversible carbon support degradation and performance loss. One way to overcome this issue is to allow a very small amount of continuous purging in the anode (ultra-low flow mode) which helps evacuation of the accumulated water and nitrogen. In this thesis, the effect of dead-ended anode and ultra-low flow modes on the performance loss was evaluated for two different types of samples. It was shown that the ultra-low flow mode damaged two times less than the dead-ended anode mode while yielding a 99.93 % hydrogen utilization. However, the amount of carbon corrosion is still more than the normal operation mode for a commercial sample. To improve the durability, research on new materials is necessary. An accelerated stress test designed specially to promote carbon corrosion was proposed so that novel materials can be evaluated for their performance against carbon corrosion under real operation conditions quickly and easily. To be able to realize such kind of a procedure, a high precision flow control set up that can maintain ultra-low flows was designed.
Benzer Tezler
- Random forest yöntemi kullanarak polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücrelerinin ömrünün belirlenmesi
Determining life span in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell using random forest method
HAVVA NUR SAĞDIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
PROF. DR. SERDAR YAMAN
DOÇ. DR. HALİT EREN FİGEN
- Modelling of thermal and water management in automotive polymer electrolyte membrane fuel cell systems
Otomotiv polimer membran elektrolit yakıt hücresi sistemlerinin ısıl ve su yönetiminin modelenmesi
ABDULRAZZAK AKROOT
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖZGÜR EKİCİ
- Platinum nanoparticles supported with graphene nanoplatelets and hybrid carbon materials designed as electrocatalysts for PEM fuel cells
PEM yakıt hücreleri için elektrokatalizör olarak dizayn edilmiş grafen nanoplatelet ve hibrit karbon malzemeleri ile desteklenen platin nanoparçacıkları
ECE ARICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
EnerjiSabancı ÜniversitesiDOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
YRD. DOÇ. DR. ŞÖLEN KINAYYİĞİT GARANLI
- Investigating the impact of operating conditions and applying empirical models suitable for evaluating fuel cell technology
Investigating the impact of operating conditions and applying empirical models suitable for evaluating fuel cell technology
SELGİN AL
- PEM tipi yakıt hücrelerinin denetim eğilimli modellenmesi ve denetleyici tasarımı
Controller based modelling and controller design of PEMFCs
YAVUZ EREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Bilim ve TeknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALUK GÖRGÜN