Geri Dön

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

  1. Tez No: 731462
  2. Yazar: SÜLEYMAN UYSAL
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FATİH KAYA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Erciyes Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 114

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

  1. PEM elektrolizörün sayısal modellemesi ve deneysel doğrulanması

    Numerical modeling and experimental validation of PEM electrolyzer

    SAFİYE NUR ÖZDEMİR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İMDAT TAYMAZ

  2. Hidrojen üretimi için kompozit elektro-katalizör sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of composite electro-catalyst for hydrogen production

    ARDA ZARRABI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    EnerjiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİYAZİ ALPER TAPAN

  3. PEM elektrolizörlerde oksijen oluşum reaksiyonu için gaz difüzyon elektrotu geliştirilmesi

    Development of gas diffusion electrode for oxygen evolution reaction in PEM electrolysers

    BULUT HÜNER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiErciyes Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR

  4. PEM (Proton geçirgen membranlı) elektrolizörlerde iki fazlı akışın teorik ve deneysel incelenmesi

    Experimental and theoretical investigation of two phase flow in proton exchange membrane (PEM) electrolyzer

    ÖMER FARUK SELAMET

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Fizik ve Fizik MühendisliğiNiğde Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. REFİK KAYALI

    PROF. DR. MAHMUT DURSUN MAT

  5. Development of transition metal incorporated iridium oxide electrocatalyst and electrodes for oxygen evolution reaction (OER) in membrane based electrolyzers

    Membran bazlı elektrolizörlerde oksijen evrim tepkimesi (OER) için geçiş metali katkılı iridyum oksit elektrokatalizör ve elektrot geliştirilmesi

    BAHADIR PATIR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Metalurji MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALP YÜRÜM

    PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL