Pem yakıt hücreleri için elektro eğrilmiş Fe-N-C bazlı elektrotlar
Electrospun Fe-N-C based electrodes for PEM fuel cells
- Tez No: 898320
- Danışmanlar: PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, DR. ÖĞR. ÜYESİ BEGÜM YARAR KAPLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Energy, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, Fe-N-C katalizörleri ve PVDF/Nafion® kullanarak elektrospun tek ve çekirdek-kabuk nanofiber katalizör katmanları geliştirmeyi ve seryum oksit (CeO₂) eklenmesini araştırmayı amaçlamaktadır. Tezin ilk bölümünde, boşluklu fiber ticari Fe-N-C katalizörleri ve PVDF/Nafion® fiber bazlı katalizör katmanları üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Sonuçlar, çekirdek-kabuk elektrospinning kullanılarak üretilen boşluklu fiber bazlı elektrotların, yakıt hücresi performansını ve dayanıklılığını artırmak için umut verici bir yaklaşım olduğunu göstermiştir. Çekirdek-kabuk elektrospinning ile üretilen yenilikçi boşluklu fiber yapısı, PEM yakıt hücreleri literatüründe ilk kez tanıtılarak, tepe güç yoğunlukları ve operasyonel stabilitede önemli iyileştirmeler elde ederek performans için yeni bir ölçüt oluşturmaktadır. Özellikle, çekirdek-kabuk lifler, BOL testinde 66 mW cm-² ve EOT testinde 58 mW cm-² tepe güç yoğunluğu elde ederek 8% güç kaybına neden olmuştur, bu da mükemmel dayanıklılık ve stabiliteyi göstermektedir. Ayrıca, çekirdek-kabuk lif, EOT testleri sırasında daha yüksek akım yoğunluklarını koruyarak uzun süreli operasyonel koşullar altında iyileştirilmiş performans sergilemiştir. Tezin ikinci bölümü, nano grafen bazlı Fe-N-C katalizörleri ve PVDF/Nafion® kullanarak elektrospun katalizör katmanlarının üretilmesine odaklanmaktadır. Bu bölümde, Fe-N-C yapısında karbon desteğinin etkisini ve sonuçta oluşan nanofiber bazlı katalizör katmanı yapısını ve PEM yakıt hücresi performansını araştırmak amaçlanmıştır. Kapsamlı karakterizasyonlar, grafitik alanların varlığını ve katalizörün lifli matris içinde mükemmel dağılımını doğrulamaktadır. Bu elektrospun mat, başlangıç aşamasında elde edilen sonuçlara dayanarak operasyonel performansının ek değerlendirmeleri için üretilmiştir. Bu tez, malzeme işleme için ileri düzey yöntemleri yenilikçi katalizör mimarileri ile entegre ederek PEM yakıt hücrelerinin verimliliğini artırma yaklaşımını sunmaktadır. Bu, temiz enerji teknolojilerinin ilerlemesini kolaylaştıracaktır. Sonuçlar, çekirdek-kabuk yapıların PEM yakıt hücrelerinin hem verimlilik hem de dayanıklılık açısından daha yüksek ölçütler belirleme yeteneğini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to develop electrospun single and core-shell nanofiber catalyst layers with Fe-N-C catalysts and PVDF/Nafion® and investigate the addition of cerium oxide (CeO₂). In the first part of the thesis, hollow fiber commercial Fe-N-C catalysts and PVDF/Nafion® fiber-based catalyst layers were fabricated and characterized. The results showed that the hollow fiber-based electrodes fabricated using core-shell electrospinning are a promising approach to obtaining enhanced fuel cell performance and durability. The novel hollow fiber structure fabricated by core-shell electrospinning, which has been introduced for the first time in the literature on PEM fuel cells, establishes a new benchmark for performance by attaining significant improvements in peak power densities and operational stability. Specifically, the membrane electrode assemblies (MEA's) based on core-shell fibers achieved a peak power density of 66 mW cm-² during the BOL test and 58 mW cm-² during the EOT test, resulting in 8% power loss, indicating excellent durability and stability over time, and maintaining higher current densities during the EOT tests, demonstrating improved performance under prolonged operational conditions. The second part of the thesis focuses on fabrication of electrospun catalyst layers using nano graphene-based Fe-N-C catalysts and PVDF/Nafion®. This part aims to investigate the effect of carbon support in the Fe-N-C structure and the resulting nanofiber-based catalyst layer structure and PEM fuel cell performance. Comprehensive characterizations confirm the presence of graphitic domains and the excellent dispersion of the catalyst within the fibrous matrix. This electrospun mat has been produced for additional exploration of its operational performance, based on the results obtained during the initial phase. The thesis presents a novel approach to enhance the efficiency of PEM fuel cells by integrating state-of-the-art methods for material processing with inventive catalyst architectures. The results emphasize the ability of core-shell structures to establish higher benchmarks in both efficiency and durability of PEM fuel cells.
Benzer Tezler
- PEM yakıt hücreleri için bipolar tabaka geliştirilmesi
Development of bipolar plates for PEM fuel cells
SAVAŞ ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Metalurji MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ATA
- Development of non-noble (Co-n/mwcnt) and polybenzimidazole-modified (Pt-pbi/mwcnt) electrocatalysts for high-temperature pem fuel cell applications
Yüksek sıcaklık pem yakıt hücreleri için düşük maliyetli ve yüksek performanslı (Co-n/mwcnt) ve polibenzimidazol (pbı) ile modifiye edilmiş (Pt-pbı/mwcnt) elektrokatalizörlerin geliştirilmesi
ENİS OĞUZHAN EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN
- Yakıt hücreleri için akımsız biriktirme yöntemi ile karbon destekli katalizörlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Synthesis of carbon supported electro-catalyst for fuel cells with electroless deposition and characterization
PINAR YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
EnerjiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ATA
- PEM tipi yakıt hücreleri için Ti destekli Pt-Co katalizörlerinde Co oranının etkisi
Effect of Co ratio on Ti-supported Pt-Co catalysts for PEM type fuel cells
SEZGİN FIRAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ ŞEMS AHSEN
DOÇ. DR. MEHMET SUHA YAZICI
- Development of air-breathing polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell for small uav application
Küçük İHA uygulamaları için hava dolaşımlı polimer elektrolit zarlı yakıt hücre geliştirilmesi
NOOR UL HASSAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Şehir ÜniversitesiEndüstri ve Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHADIR TUNABOYLU