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
- Tez No: 874034
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLŞAH ELDEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Vanadyum redoks akış bataryası, Kumaş elektrot, Termal uygulama, Elektrokatalizör, Vanadium redox flow battery, Felt electrode, Thermal treatment, Electrocatalyst
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Bu tez çalışması, grafit kumaş elektrotu iyileştirmek için yapılan termal uygulama ve elektrokatalizör kullanımının etkileri üzerine hem deneysel hem de sayısal kombine bir çalışmadır. Ticari olarak çok tercih edilen elektrotların performans, yük ve kütle transfer davranışları kıyaslanmış ve en iyi sonuç veren elektrot (GFD 4.6) belirlenmiştir. Farklı sıcaklık (200 °C, 400 °C, 600 °C) ve sürelerde (1, 3, 6, 9, 12 saat) termal uygulama yapılan bu elektrot ve ticari elektrotun, elektriksel iletkenlik, gözeneklilik ve fiber çapı deneysel olarak ölçülmüştür. Termal uygulama yapılmasıyla şarj deşarj performansı, akım yoğunluğu, potansiyel değişimleri, konsantrasyon ve basınç değişiminin iyileştiği yapılan sayısal çalışma ile ortaya konmuştur. Daha sonra camsı karbon elektrotun yüzeyini temizlemek ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için mekanik temizliğe ek olarak elektrokimyasal temizlik prosesi uygulanmıştır. En iyi sonuçlar 0V-2V aralığında 20 mV/s ve 6 çevrim ile alınmıştır. Son olarak, farklı saflıklardaki borların elektrokatalizör olarak kullanılabilmesi açısından elektrokimyasal davranışları kıyaslanmıştır. En iyi elektrokimyasal davranış gösteren bora ek olarak grafen ve bor katkılı grafen de elektrokatalizör olarak kullanımı açısından kıyaslanmıştır. Bor, grafen ve bor katkılı grafen için anodik pik akım yoğunlukları sırasıyla 11.99 mA/cm2, 15.67 mA/cm2 ve 19.185 mA/cm2 iken katodik pik akım yoğunlukları 3.69 mA/cm2, 10.087 mA/cm2 ve 12.677 mA/cm2 olarak ölçülmüştür. Borun tek başına kullanılması yerine grafene katkılı şekilde kullanılmasıyla daha yüksek pik akım yoğunlukları elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis is a both experimental and numerical combined study that examines the effects of thermal treatment and electrocatalyst doping for improving graphite felt electrode. The performance, charge and mass transfer behaviors of commercial electrodes were compared and the electrode that gave the best results (GFD 4.6) was determined. Electrical conductivity, porosity and fiber diameter of the electrodes which commercial and thermally treated at different temperatures (200 °C, 400 °C, 600 °C) and times (1, 3, 6, 9, 12 hours), were measured experimentally. The numerical study has shown that the charge-discharge performance, current density, potential changes, concentration and pressure changes are improved with thermal treatment. Then, in order to clean the surface of the glassy carbon electrode and obtain reproducible results, an electrochemical cleaning process was applied in addition to mechanical cleaning. The best results were obtained in the range of 0V-2V with 20 mV/s and 6 cycles conditions. Finally, the electrochemical behaviors of boron with different purities were compared in terms of their use as electrocatalysts. In addition to boron, which exhibits the best electrochemical behavior, graphene and boron-doped graphene were also compared for use as electrocatalysts. The anodic peak current densities for boron, graphene and boron-doped graphene were measured as 11.99 mA/cm2, 15.67 mA/cm2 and 19.185 mA/cm2, respectively, while the cathodic peak current densities were measured as 3.69 mA/cm2, 10.087 mA/cm2 and 12.677 mA/cm2. Higher peak current densities were obtained by using boron as a dopant to graphene instead of using it alone.
Benzer Tezler
- 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
- 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
- Vanadyum redoks akış bataryaları için membran geliştirilmesi ve test edilmesi
Membrane development and testing for vanadium redox flow batteries
KENAN KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Polimer Bilim ve TeknolojisiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SANKIR
- Vanadyum redoks akış bataryalarda termal ve yapısal analiz
Thermal and structural analysis of vanadium redox flow batteries
PHIL JACQUES ALPHONSE
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLŞAH ELDEN
- 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