Vanadyum redoks akış bataryalarda termal ve yapısal analiz
Thermal and structural analysis of vanadium redox flow batteries
- Tez No: 786784
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLŞAH ELDEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Enerji depolama, Vanadyum redoks akış batarya, Termal Model, Elektrot gözenekliliği, Membran, Energy storage, vanadium redox flow batteries, Thermal Modelling, Electrode porosity, membrane
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Bu tez çalışmasında, vanadyum redoks akış bataryasında şarj ve deşarj işlemi sırasında ele alınan parametrelerin (çalışma sıcaklığı, elektrolit konsantrasyonu, farklı membran tipi ve kademeli gözeneklilik) bataryanın potansiyel performansına, sıcaklık dağılımlarına ve ısı kaynaklarına etkileri sayısal olarak derinlemesine analiz edilmiştir. Ayrıca, bataryaya uygulanan farklı kuvvetler altında batarya bileşenlerinin mekanik davranışları incelenmiştir. Ele alınan parametrelerin etkilerini ortaya koymak için ilk olarak Vanadyum elektrolitinin molar konsantrasyonu sabit tutularak çalışma sıcaklığı 283 K'den 313 K'e (10 K artışlarla) değiştirilmiştir. Daha sonra batarya çalışma sıcaklığı 313 K'de sabit tutularak elektrolitin molar konsantrasyonu 1.25 M'dan 2 M'a kadar (0.25 M artışla) artırılmıştır. Ayrıca bataryadaki membranın etkisini araştırmak için farklı ticari Nafyon membranlar için ayrı ayrı modeller oluşturulmuştur. Son olarak, elektrottaki kademeli gözenekliliğin etkisini görebilmek için dört farklı durumun tasarlandığı modeller geliştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre çalışma sıcaklığını artırmak, elektrolit molar konsantrasyonunu artırmak, daha kalın membran kullanmak ve her iki elektrot için membrana doğru elektrot gözenekliliğini %64'ten %94'e artırmak bataryanın potansiyel performansını iyileştirmiştir. Ele alınan parametreler batarya içerisinde büyük bir sıcaklık farkı yaratmamıştır. Batarya içerisinde meydana gelen ısı kaynakları, ele alınan her bir parametreye göre farklı bir davranış sergilemiştir. Ayrıca batarya üzerine uygulanan kuvvetler artırıldığında bileşenlerde plastik bir deformasyon olmadığı tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the effects of the considered parameters (operating temperature, electrolyte concentration, different membrane type and gradual porosity on the potential performance of the battery, temperature distributions and heat sources were numerically analyzed in depth in vanadium redox flow battery during charge and discharge processes. Furthermore, the mechanical behaviors of the battery components under different forces were also investigated. To reveal the effects of the parameters discussed, firstly, the operating temperature was changed from 283 K to 313 K (stepping by 10 K) by keeping the molar concentration of the Vanadium electrolyte constant. Then, the molar concentration of the electrolyte was increased from 1.25 M to 2 M (stepping by 0.25 M) while keeping the battery operating temperature constant at 313 K. In addition, to analyze the effects of the membrane in the battery, separate models were created for the commercial Nafion membranes. Finally, models were developed in which four different states were designed to see the effects of gradually increasing porosity in the electrode. According to the obtained numerical results, increasing the operating temperature and the electrolyte molar concentration, using a thicker membrane, and gradually increasing the electrode porosity towards the membrane from 64% to 94% in both electrodes improved the potential performance of the battery. The considered parameters did not cause a large temperature difference in the battery. The heat sources occurring in the battery exhibited a different behavior depending on each considered parameter. In addition, when the forces applied on the battery are increased, there is no plastic deformation in the components.
Benzer Tezler
- Vanadyum redoks akış bataryalarda kullanılan elektrotların iyileştirilmesi ile ilgili deneysel ve sayısal çalışma
Experimental and numerical study on improvement of electrodes used in vanadium redox flow batteries
MERT TAŞ
Doktora
Türkçe
2024
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLŞAH ELDEN
- Yakıt pili sistemlerinde ve akış bataryalarında kullanılmak üzere ileri enerji malzemelerinin geliştirilmesi ve test edilmesi
Advanced energy materials for fuel cell systems and flow batteries
LEVENT SEMİZ
Doktora
Türkçe
2016
EnerjiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SANKIR
DOÇ. DR. NURDAN DEMİRCİ SANKIR
- Development and investigation of slurry electrodes, novel materials and membranes for tubular vanadium redox batteries
Tübüler vanadyum redoks akiş bataryalari i̇çi̇n bulamaç elektrot, yeni̇ materyal ve membranlarin araştirma ve geli̇şti̇rmesi̇
KORCAN PERÇİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
EnerjiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET RIFAT ÖZDURAL
- Fotoelektrokimyasal sistemler için ileri malzemeler geliştirilmesi: Üretim, karakterizasyon ve sistem entegrasyonu
Development of advanced materials for photoelectrochemical systems: Production, characterization and integration
ALİHAN KUMTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SANKIR
- Karbon bazlı elektrotlar yüzeyinde vanadyum (III) / vanadyum (II) redoks çiftleri için bakır, bizmut, kalay ve antimon nanopartikül yapısında elektrokatalizör biriktirilmesi
Electrocatalyst deposition in copper, bismuth, tin antimony nanoparticles structure for vanadium (III) / vanadium (II) redox couple on the surface of carbon based electrode
NİYAZİ ÖZÇELİK