PEM tipi yakıt hücrelerinde kullanılan iletken membran polimer-inorganik nanokompozit yapıların mekanik ve iletim özelliklerine etkisi
The effect of conductive polymer-inorganic nanocomposite membrane structures on mechanical and conductivity properties used in PEM type fuel cells
- Tez No: 580173
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ MURAT SOYDAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Energy, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Polimer Elektrolit Membran Yakıt Hücreleri (PEMYH)'nin çalışma performansı ile kullanılan membranın proton iletkenliği arasında doğru bir korelasyon mevcuttur. PEMYH'lerde kullanılan Nafion ve benzeri polimer elektrolitlerin yüksek proton iletkenliği gösterebilmesi için hidrasyonu gereklidir. Bununla beraber çalışma sıcaklığının yükseltilmesi elektrotlarda ve iyonik iletkenlikte kinetik ve termodinamik olarak olumlu katkılar sunmanın yanı sıra yakıt saflığına tolerans ve ohmik kayıplardan oluşan ısının değerlendirilmesi gibi avantajlar da beraberinde getirmektedir. Ancak 80°C'ye kadar sağlanan bu avantajlar daha yüksek sıcaklıklarda dehidrasyon sonucu dramatik şekilde kaybolmaktadır. Ayrıca Nafion tarafından su alımı hacimsel büyüme ile sonuçlanarak sistemin stabilitesini düşürüp ömrünü kısaltmaktadır. Bu çalışmada, PEMYH'ler için membran malzemesi olarak kullanılan tamamen florürlenmiş iyon iletken polimer Nafion ana matrisinin Nano Hegzagonal Bor Nitrür (NhBN), Fosforik Asit Hemihidrat (FAH) ve Triazol bileşiklerinin farklı katkılandırma oranları ile elde edilmiş kompozit karışımlarının morfolojik, kimyasal, elektriksel, mekanik, su ve metanol taşıma özellikleri araştırılmıştır. Kompozit yapı ile doğrudan ilişkili olan bu özellikler yakıt hücrelerinin verim, performans ve kullanım ömrü konusunda belirleyici rol oynamaktadırlar. Nafion ile ağırlıkça % 3, 5 ve 10 oranlarında değişen NhBN partikülleri, molce % 10 ve % 20 oranlarında değişen FAH ve molce % 10 ve % 20 oranlarında değişen Triazol ile formüle edilen kompozitler üretilerek belirtilen özellikler karakterize edilmiştir. 150°C'de dehidre olmuş durumda proton iletkenliği 0,1 S cm-1 değere ulaşmış normal Nafion numunelere göre yaklaşık 1000 kat daha yüksek iyonik iletkenliğe sahip numuneler mevcuttur. Sonuçlar, fosforik asit, nafion, triazol ve bor nitrür nanopartiküllerin sırası ile barındırdığı dihidrojen fosfat, sülfonik asit, amin ve hidroksil grupları ile arasındaki hidrojen bağlarının oluşmasıyla açıklanabilen proton transferine yüksek katkıda bulunduğunu teyit etmektedir.
Özet (Çeviri)
There is an accurate correlation between the working performance of Polymer Electrolyte Fuel Cells and the proton conductivity of the membranes used. The hydration of the polymer electrolytes such as Nafion is required to demonstrate high proton conductivity. At the same time, increasing the working temperature offers advantages such as positive kinetics and thermodynamics in the electrodes and ionic conductivity, with the evaluation of the ohmic losses heat and incrasing tolerance to fuel impurities. However, these advantages provided up to 80°C are dramatically lost by dehydration at higher temperatures. In addition, water intake by Nafion results in volumetric growth, reducing the stability of the system and shortening service life. In this study, morphological, chemical, electrical, mechanical, water and methanol transport properties of Nafion main matrix nanocomposites were investigated which is admixtured with Nano Hexagonal Boron Nitride (NhBN), Phosphoric Acid Hemihydrate (PAH) and Triazole compounds. These properties, which are directly related to the composite structure, play a decisive role in the efficiency, performance and service life of fuel cells. Ternary composite membranes are prepared by mixing Nafion with NhBN particles varied 3, 5 and 10 % weight ratios, PAH varied 10 and 20 % molar ratios and Triazol varied 10 and 20 % molar ratios respectively. Ionic conductivity of some samples are measured 1000 times higher than normal Nafion specimens that have proton conductivity of 0.1 S cm-1 in dehydrated condition at 150°C. The results confirm that phosphoric acid, naphthium, triazole and boron nitride nanoparticles are highly contributing to proton transfer, which can be explained by the formation of hydrogen bonds between the dihydrogen phosphate, sulfonic acid, amine and hydroxyl groups contained respectly.
Benzer Tezler
- Polimer elektrolit yakıt hücreleri için nano-boyutlu elektro-katalizör sentezi ve karekterizasyonu
Synthesis of nano particle sized electro-catalyst for polymer electrolyte fuel cells and characterization
EVREN OĞUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Kimya MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HASAN SADIKOĞLU
- Synthesis of proton exchange membrane by atrp and iniferter methods
Atrp ve iniferter yolu ile iyonik iletkenliğe sahip polimer sentezi
CÜNEYT ERDİNÇ TAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN HAYRİ ACAR
- PEM tipi yakıt hücrelerinde kullanılan katalizörlerde farklı karbon desteği kullanılarak yüzey alanının arttırılması ve kinetik özelliklerinin geliştirilmesi
Increasing the surface area and kinetic properties of the catalysts used in PEM fuel cells by using different carbon supports
FURKAN DÜNDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Mühendislik BilimleriGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ALİ ATA
- PEM (proton geçirgen membran) tipi yakıt hücrelerinde kullanılan bipolar plakalar için ısı transferi simülasyon çalışması
Heat transfer simulation studies for bipolar plates used in PEM (proton exchange membrane) type fuel cells
İLHAN KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiAdıyaman ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ SUNAR ÇERÇİ
- PEM tipi yakıt hücrelerinde bipolar plakaların ısıl analizi
Thermal analysis of bipolar plate in PEM type fuel cells
OZAN BEKİROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
EnerjiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ATA