Advanced materials for sustainable green energy: Radiation grafted dual-fiber based anion exchange membranes and Fe-N-C electrocatalysts for fuel cells
Sürdürülebilir yeşil enerji için ileri malzemeler: Yakıt pilleri için radyasyon ile aşılanmış dual lif esaslı anyon değişim membranları ve Fe-N-C elektrokatalizörler
- Tez No: 855684
- Danışmanlar: PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, DR. BEGÜM YARAR KAPLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya, Mühendislik Bilimleri, Energy, Chemistry, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, yakıt pili teknolojilerinin yüksek maliyetlerini düşürmekamacıyla, Proton Değişim Membranı (PEM) için daha ucuz katalizörler ve Anyon Değişim Membranı (AEM) yakıt pilleri için daha iyi membranlar geliştirmeye odaklanarak, pahalı Platin Grubu Metalleri (PGM) üzerindeki bağımlılığı azaltmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmanın ilk bölümü, AEM yakıt pilleri için yenilikçi membranlar sunmaktadır. Bu yenilikçi yaklaşım, Radyasyon-Başlatmalı Aşılama (RIG) ve Dual Fiber Elektroeğirme tekniklerini kullanarak, poli(viniliden florür) (PVDF) üzerine vinil benzil klorür aşılamasını içermekte ve PVDF-g-VBC'yi inert PVDF ile dual fiber elektro çekilmiş matlarda birleştirmektedir. Bu matlardan üretilen membranlar, artırılmış mekanik güç ve iyon değişim kapasitesi (IEC) sergilemektedir. Mekanik sağlamlığın ve fizikokimyasal özelliklerin ayrıntılı optimizasyonu, AEM yakıt pillerinin geliştirilmesi için yeni bir yol açmıştır. Tezin ikinci bölümü, PEM yakıt pilleri için düşük maliyetli, PGM içermeyen Fe-N-C katalizörlerinin geliştirilmesini araştırmaktadır. Süreç, nano grafen oksit (nGO) senteziyle başlamakta, ardından azot katkısı ve çeşitli demir öncülleri kullanılarak demir eklenmesi ile devam etmektedir. H2O2 zehirlenmesine karşı CeO2 kullanımı incelenmektedir. Katalizör karakterizasyonu için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS), X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM), Fourier-Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FTIR), Raman Spektroskopisi, Termogravimetrik analiz (TGA), Elektron paramanyetik rezonans spectroskopisi (EPR) ve X-ışını Kırınımı (XRD) gibi analitik teknikler kullanılmaktadır. Katalizörlerin performansı, döngüsel voltametri (CV), doğrusal süpürme voltametri (LSV), Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi(EIS) ve yakıt pili performans testleri ile değerlendirilmektedir. Demir öncüllerin seçimi ve CeO2 katkı maddelerinin etkisi ayrıntılı bir şekilde incelenmektedir. Tez, yakıt pili teknolojisine önemli katkılarda bulunmakta, yeşil enerji için daha ekonomik çözümler sunmakta ve küresel iklim değişikliği ile mücadele çabalarını desteklemektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis addresses the high costs of fuel cell technologies, focusing on the development of cheaper catalysts for Proton Exchange Membrane (PEM) and improved membranes for Anion Exchange Membrane (AEM) fuel cells, aiming to reduce reliance on precious Platinum Group Metals (PGM). The first part of this work introduces novel membranes for AEM fuel cells utilizing Radiation-Induced Grafting (RIG) and Dual Fiber Electrospinning. This innovative approach involves grafting VBC onto PVDF, formingPVDF- g-VBC, and its combination with the inert PVDF in dual-fiber electrospun mats. The membranes produced by these mats demonstrate enhanced mechanical strength, Ion Exchange Capacity (IEC). The meticulous optimization of mechanical robustness in tandem with the physicochemical properties has opened a novel avenue for the enhancement of Anion Exchange Membrane Fuel Cells (AEMFCs). The second part of the thesis explores the development of Fe-N-C catalysts as cost-effective, PGM-free alternatives for PEM fuel cells. The process initiates with the synthesis of nano graphene oxide (nGO), followed by nitrogen doping and iron decoration using various iron precursors. The integration of CeO2 is examined to counteract H2O2 poisoning. Analytical techniques like Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Transmission Electron Microscopy (TEM), Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman Spectroscopy, Thermogravimetric Analysis (TGA), Electron Paramagnetic Resonance spectroscopy (EPR), and X-Ray Diffraction (XRD) are employed for catalyst characterization. Their performance is assessed through Cyclic Voltammetry (CV), Linear Sweep Voltammetry (LSV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), and fuel cell performance tests. The effect of iron precursor selection and CeO2 additives are investigated thoroughly. The thesis presents significant contributions to fuel cell technology, offering more economically viable solutions for green energy and supporting global efforts in mitigating climate change.
Benzer Tezler
- Yer yüzey sıcaklığının uzaktan algılama verileri ve mekansal istatistik yöntemleri ile analizi: İstanbul örneği
Analysing the land surface temperature by using remote sensing data and spatial statistics techniques: Istanbul case study
HAZAL CİĞERCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ BEKTAŞ BALÇIK
- White led induced degradation of polyacrylates as a green alternative for polymer recycling
Polimer geri dönüşümünde yeşil bir alternatif olarak poliakrilatların beyaz led ışığı altında bozunması
YÜSRA BAHAR ÇAKIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ KIŞKAN
- Yüklenici firmalar için sürdürülebilir yapım kılavuzu oluşturulması ve leed uygulamalarında karşılaşılan zorlukların incelenmesi
Developing a sustainable construction manual for contractor corporations and analyzing the difficulties encountered in leed applications
DİNÇER İNANÇ YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DENİZ ARTAN İLTER
- Sürdürülebilir binalarda kritik başarı faktörlerinin incelenmesi
Review of critical success factors for sustainable buildings
EZGİ DERİNÖZLÜ BAYDUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET MURAT ÇIRACI
- Lityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi
Development of three-dimensional graphene/carbon nanotube/silicon nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
SELİN DEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ