Geri Dön

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

  1. Tez No: 784757
  2. Yazar: BILAL ISKANDARANI
  3. Danışmanlar: Prof. Dr. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, Dr. BEGÜM YARAR KAPLAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Kimya, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemistry, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    İngilizce

    2024

    EnerjiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BEGÜM YARAR KAPLAN

  2. 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

    İngilizce

    2018

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ELİF ÖZDEN YENİGÜN

  3. Yakıt hücreleri için bipolar kompozit tabaka hazırlanması

    Composite bipolar plate production for the fuel cells

    OĞUZHAN AKINÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. NURSEL DİLSİZ

  4. 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

    Türkçe

    2008

    Makine MühendisliğiDumlupınar Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. NİMETİ DÖNER

  5. 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

    İngilizce

    2011

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN

    PROF. DR. İNCİ EROĞLU