PEM elektrolizörlerde kullanılan anot gaz difüzyon elektrotlarında akış davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow behavior in anode gas diffusion electrodes used in PEM electrolyzers
- Tez No: 731462
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FATİH KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Akış modellemeleri, Hidrojen, Hidrojen üretimi, Membranlar, Sayısal modelleme, Flow modellings, Hydrogen, Hydrogen production, Membranes, Numerical modelling
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yenilenebilir enerji kaynakları ile entegre edildiği zaman sıfır emisyon ile yeşil hidrojen üretebilen Polimer Elektrolit Membran (PEM) elektrolizörlerin ana bileşenlerinden birisi gaz difüzyon elektrotu (GDE)'dur. Bu tez çalışmasında özgün tasarımlı kare, daire, eşkenar üçgen eşkenar dörtgen geometrili desene sahip GDE'lerin 100 ml/dk, 200 ml/dk ve 300 ml/dk debide akış davranışları sayısal ve deneysel olarak irdelenmiştir. Basınç düşüşü ve akış görselleştirme deneylerinde kare geometrili desene sahip GDE en iyi performansı sergilemiştir. Deneysel sonuçlar, ANSYS yazılımında çok fazlı akış şartlarında yapılan hesaplamalar ile doğrulanarak birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak kare GDE 100 ml/dk için akışın %38,96 daha az basınç kaybı ile çıkışa daha hızlı yöneldiği gözlenmiştir. Akış görselleştirme deneylerinde hücre içerisine mürekkep gönderilmiştir. Kare GDE'in 100 ml/dk debide 0,437 sn. ile diğer GDE'lere göre hücreyi en hızlı şekilde doldurduğu tespit edilmiştir. Sayısal çözüm sonuçlarına göre %16 gözenekliliğe sahip filtre kağıdının incelendiği durumda, kare geometrili GDE'nin sıvı fazı %94,8 oranında başarıyla taşıdığı belirlemiştir. Bu yüzden kare geometrili GDE'in deneysel ve sayısal sonuçlarında özellikle 25 cm2'lik bir PEM elektrolizörde, 100 ml/dk debi değerinde düşük basınç kaybı ve homojen akış dağılımı sağlayarak en iyi hücre performansının oluşturabileceği gözlenmiştir. Sonuç olarak anot GDE için kare delikli geometriye sahip bir desen kullanılarak hücre içi su transferinin iyileştirilebileceği, oluşan oksijen gazını ve tüketilemeleyen suyun hücre dışına daha hızlı ulaştırılması sağlanarak PEM elektrolizörlerde performans artışı sağlanabileceği belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The gas diffusion electrodes (GDEs) are one of the main components of Polymer Electrolyte Membrane (PEM) electrolyzers, which can produce green hydrogen with zero emission when integrated with renewable energy sources. In this thesis, the flow behavior of GDEs with uniquely designed square, circle, rhombic rhombus geometric patterns were investigated numerically and experimentally at 100 ml/min, 200 ml/min, and 300 ml/min flow rates. In pressure drop and flow visualization experiments, square geometry patterned GDE showed the best performance. Experimental results were compared with each other by validating them in multi-phase flow conditions with ANSYS software. As a result, it was observed that the flow was directed to the outlet side faster with 38.96% less pressure loss in square GDE geometry at 100 ml/min flow rate. In flow visualization experiments, an ink solution was sent into the cell for different flow rates. At 100 ml/min flow rate of ink solution, square GDE geometry was filled the cell by 0.437 sec. which was determined as fastest geometry compared to other GDEs. According to the numerical solution results, when 16% porosity filter paper was examined, it was concluded that the square geometry GDE was 94.8% rate successfully carried the liquid phase to all geometry. Therefore, in the experimental and numerical results of the square geometry GDE, especially in a 25 cm2 PEM water electrolyzer, it was observed that the best cell performance could be achieved by providing low-pressure loss and homogeneous flow distribution at 100 ml/min flow rate. As a result, it was determined that water transfer inside the cell could be improved by using a square patterned geometry for the anode GDE, and the performance of PEM electrolyzers could be increased by providing faster delivery of the formed oxygen gas and excess water to the outside of the cell.
Benzer Tezler
- PEM elektrolizörün sayısal modellemesi ve deneysel doğrulanması
Numerical modeling and experimental validation of PEM electrolyzer
SAFİYE NUR ÖZDEMİR
- Conceptual design and exergy based sustainability performance evaluation of an integrated wind-to-hydrogen energy system with 20 MW electrolyzer
Rüzgar enerjisi destekli 20 MW elektrolizörlü hidrojen enerji sisteminin kavramsal tasarimi ve ekserji temelli sürdürülebilirlik performans değerlendirmesi
ALİ EREN ALUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ
- Lıfe cycle assessment of green hydrogen productıon vıa electrolysıs
Elektroliz yoluyla yeşil hidrojen üretiminin yaşam döngüsü değerlendirmesi
HAKAN ÇAMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI İŞLER KAYA
- Elektronik atıklardan değerli metallerin ayrıştırılarak pem elektrolizörler için katalizör eldesi
Development of catalyst for pem water electrolysers by separation precious metals from electronic wastes
MUHAMMED ALİ DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET FATİH KAYA
- Hidrojen üretimi için kompozit elektro-katalizör sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of composite electro-catalyst for hydrogen production
ARDA ZARRABI
Doktora
Türkçe
2020
EnerjiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİYAZİ ALPER TAPAN