Pem fuel cell electrodes: Nanofiber-based hybrid and CeO2 included electrodes for boosted performance
Pem yakıt hücresi electroları: Nanofiber bazlı hibrit ve CeO2 iceren yüksek performanslı electrolar
- Tez No: 784757
- Danışmanlar: Prof. Dr. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, Dr. BEGÜM YARAR KAPLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemistry, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
PEM yakıt hücreleri, özellikle son on yılda pek çok uygulama alanında kullanılabiliyor olmalarıyla dikkat çekti. Bununla birlikte, ne yazık ki PEM yakıt hücrelerinin birtakım dezavantajları mevcuttur. Örneğin, elektrotlar içinde yüksek platin ve Nafion® kullanımı PEM yakıt hücrelerinin maliyetini ciddi ölçüde arttırmaktadır. Ayrıca PEM yakıt hücreleri çalışma sırasında, katalizör katmanının zamanla bozulmasına ve performans kaybına neden olan bir takım yan işlemlerden geçer. Bu sorunlara bir çözüm bulmak adına, elektrospinning yöntemi kullanılarak fiber bazlı elektrotlar üretilmiş, katalizör olarak Pt/C, proton ileten iyonomer olarak sülfonatlı silika ve taşıyıcı polimer olarak poli (viniliden florür-trifloroetilen) P(VDF-TrFE) kullanılmıştır. Üretilen bu elektrotlar, konvansiyonel olarak püskürtme yöntemiyle üretilen elektrotlara karşı işlevsel ve Nafion® içermeyen uygun maliyetli bir alternatif olabileceğini kanıtlamış; 417.7 mW.cm-2 maksimum güç yoğunluğuna ulaşarak püskürtme yöntemiyle üretilen elektrotları ve Nafion® kullanan fiber bazlı elektrotları geride bırakmış ve üstün bir performans sergilemiştir. Ayrıca üretilen bu elektrotlar, platin çözümesine karşı etkili bir dayanım göstermiş, ilk performansının %86,5'ini korumuş ve C-korozyonu AST testinde %2,6'lık performans artışı sağlamıştır. Tezin ikinci bölümünde ise, CeO2 bazlı katkı malzemeleri kullanarak oksijen indirgenme tepkimesinin kinetiğinin geliştirilmesi incelenmiştir. NrGO takviyeli Nanoçubuk CeO2, saf nanoçubuk, nanoküp, ve nanooktahedral CeO2, ORR aktivitesini artış sağlamış, bu malzemelerden en yuksek güç çıkışını oktahedral CeO2 göstermiştir (483.4 mW.cm-2). Buna ek olarak, CeO2 nanoküp katkı malzemeli elektrotlar, başlangıçtaki maksimum güç yoğunluğunun %80,3'ünü muhafaza ederek üstün bir dayanıklılık göstermiştir.
Özet (Çeviri)
PEM fuel cells have become increasingly drawn attention in numerous applications during the past decade. However, PEM fuel cells suffer from a number of drawbacks such as;the high Pt and Nafion® utilization within the electrodes exhibits a significant financial burden. Furthermore, the catalyst layer undergoes a number of side-processes during operation resulting in its deterioration and loss in performance with time. To address those issues, fiber-based electrodes were fabricated using electrospinning utilizing Pt/C as a catalyst, sulfonated silica as a proton conducting ionomer, and poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) P(VDF-TrFE) as a carrier polymer. The fabricated electrodes demonstrated a functional and Nafion®-free cost-effective alternative to classically sprayed electrodes. They exhibited superior performance recording up to 417.7 mW.cm-2 maximum power density exceeding that of sprayed electrodes and fiber-based electrodes employing Nafion®. Furthermore, the aforementioned electrodes showed impressive durability against Pt-dissolution retaining up to 86.5% and exhibited a 2.6% gain in performance under C-corrosion AST. In the second part of the dissertation, CeO2-based additives were investigated to enhance the oxygen reduction reaction kinetics. Nanorod CeO2/NrGO, bare nanorod CeO2, nanocube, and nano octahedral CeO2 exhibited an overall increase in the ORR activity with octahedral CeO2 recording the highest power output (483.4 mW.cm-2). Furthermore, cerium oxide nanocube additive-based electrodes exhibited an impressive durability retaining up to 80.3% of its initial maximum power density.
Benzer Tezler
- Pem yakıt hücreleri için elektro eğrilmiş Fe-N-C bazlı elektrotlar
Electrospun Fe-N-C based electrodes for PEM fuel cells
FAEZEH RAHBARSHENDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
EnerjiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DR. ÖĞR. ÜYESİ BEGÜM YARAR KAPLAN
- Production of high temperature core-sheath nanofiber proton exchange membranes via electrospinning method
Elektrodokuma yöntemi ile yüksek sıcaklık çekirdek-kılıf nanolif proton değişim membranlarının üretilmesi
SASSAN JAHANGIRI
Doktora
İngilizce
2018
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF ÖZDEN YENİGÜN
- Yakıt hücreleri için bipolar kompozit tabaka hazırlanması
Composite bipolar plate production for the fuel cells
OĞUZHAN AKINÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. NURSEL DİLSİZ
- İmal edilen ve ticari PEM tipi yakıt hücrelerinin performanslarının kıyaslanması
Performance comparison of a manifuctured PEM to a commercial pem fuel cell
RESÜL KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Makine MühendisliğiDumlupınar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NİMETİ DÖNER
- Parameters influencing long term performance and durability of PEM fuel cells
PEM yakıt pıllerinin uzun dönem performans ve dayanımını etkileyen parametreler
ELİF SEDA ŞAYİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN
PROF. DR. İNCİ EROĞLU