Polimer elektrolit membran yakıt pili geliştirilmesi
Development of polymer electrolyte membrane fuel cell
- Tez No: 948086
- Danışmanlar: PROF. DR. MUALLA ÖNER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hidrojen enerjisi, Polimerik membranlar, Yenilenebilir enerji, Yeşil enerji, Hydrogen energy, Polymeric membranes, Renewable energy, Green energy
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, elektroeğirme metodu ile, polimer olarak poliakrilonitril-ko-metakrilat (PAN-MA) kopolimeri kullanılarak nanofiber membranlar PEM yakıt pili uygulamaları için geliştirilmiştir. Malzemenin iyonik iletkenlik özelliğine sahip olabilmesi için fosforik asit ile doplama işlemi uygulanmıştır. Fosforik asit ile doplama işleminin malzemenin özelliklerinde önemli bir etki oluşturduğu yapılan analizler sonucu belirlenmiştir. Özellikle, polimerin kristalinitesini azaltarak onu daha amorf hale getirdiği gözlenmiştir. Amorf membranın, iyonik taşıyıcıların daha serbestçe hareket etmesine olanak sağlayarak, malzemenin genel iyonik iletkenliğini artırmasını sağladığı düşünülmektedir. Membran kalınlığının iyonik iletkenlik üzerindeki etkisi incelenmiştir. Film membranların aksine, fiber membranın kalınlığı artmasıyla iyonik iletkenliğin arttığı ve kuru iyonik iletkenlik ölçüm sonuçlarının yaş ölçüm sonuçlarına göre daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Boraks dekahidrat katkısı kullanılarak hazırlanan nanofiber membranın, aynı kalınlıktaki katkı içermeyen ve Aerosil 200 katkısı içeren membrana göre iyonik iletkenliğinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Silika katkısı içeren membranın iyonik iletkenliği aynı kalınlıkta olan ve katkı içermeyen membrana göre daha yüksek ölçülmüştür. Bulgularımız PFSA içermeyen PAN-MA polimeri ile hazırlanan fosforik asit doplanmış membranları yakıt pili uygulamaları için potansiyelini ortaya koymaktadır. Sonuç olarak geliştirilen membranların, üretim maliyetlerini önemli ölçüde düşürmesi ile yakıt pili teknolojilerini daha erişebilir hale getirebilecek ve bunun sonucu olarak yakın gelecekte yaygın olarak kullanılabileceği ve uygun fiyatlı bir çözüm olacağı düşünülmektedir. Bu tez kapsamında ayrıca yakıt pilleri için düşük maliyet ve hızlı üretiminin sağlanması konusunda önem taşıyan polimer kompozit bipolar plaka geliştirme çalışmalarına öncülük edebilecek geri dönüştürülmüş karbon fiber elyafının %30 (w/w) oranında poliamid polimerine karıştırılması ile elde edilen polimer kompozit yapıdan plaka üretimi plastik enjeksiyon yöntemi ile yapılmıştır. Yapılan incelemelerde elektriksel direncinin düşük olduğu ve yakıt pillerinde bipolar plaka üretimi çalışmaları için umut vaat ettiği öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, we developed nanofiber membranes for PEM fuel cell applications using polyacrylonitrile-co-methacrylate (PAN-MA) copolymer through electrospinning. To achieve ionic conductivity, the material was doped with phosphoric acid. Our subsequent analysis revealed that this doping process had a substantial impact on the material properties, particularly by decreasing the polymer's crystallinity and increasing its amorphous characteristics. This amorphous state appears to allow ionic carriers greater freedom of movement, thereby increasing the material's overall ionic conductivity. We examined how membrane thickness affects ionic conductivity and found that fiber membranes, unlike film membranes, show increased ionic conductivity as thickness increases. Additionally, the dry ionic conductivity measurements were higher than the wet ionic conductivity measurements. The nanofiber membrane prepared with borax decahydrate additive showed higher ionic conductivity compared to both the additive-free membrane and the membrane containing Aerosil 200 additive of the same thickness. Similarly, the membrane with silica additive demonstrated higher ionic conductivity than the additive-free membrane of equal thickness. Our research demonstrates the viability of phosphoric acid-doped membranes made with PFSA-free PAN-MA polymer for fuel cell applications. This approach could significantly reduce production costs, making fuel cell technologies more accessible and offering an affordable solution for widespread adoption in the near future. This research presents the development of polymer composite plates manufactured through plastic injection molding, incorporating 30% (w/w) recycled carbon fiber within a polyamide polymer matrix. Our objective is to advance the field of polymer composite bipolar plates, an essential component in facilitating cost-effective and efficient fuel cell production. The experimental results demonstrate that the developed material possesses favorable electrical conductivity properties, making it a viable candidate for bipolar plate manufacturing in fuel cell applications.
Benzer Tezler
- Polimer elektrolit membran (PEM) yakıt pillerinde kullanılabilecek bir gaz difüzyon plakasının geliştirilmesi
Building up gas diffusion layer for using at polymer elektrolyth membrane (PEM) fuel cells
ŞÜKRÜ BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. KEMAL ERŞAN
- Protonik iletkenliği yüksek yeni bir polimer elektrolit membranın geliştirilmesi ve uygulaması
Development and application of a new polymer electrolyte membrane with high proton conductivity
ELİF ÜNVEREN ERDAL
Doktora
Türkçe
2008
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR S. ÇELEBİ
- Polimer elektrolit membranlı yakıt pili uygulamaları için poli(arilen eter) esaslı membranların hazırlanması
Preparation of poly(arylene ether) based polymer electrolyte membranes for fuel cell applications
MERVE GÜRTEKİN SEDEN
Doktora
Türkçe
2013
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
DOÇ. DR. TÜLAY İNAN
- Design, characterization and modeling of high temperature proton exchange membranes in dead ended anode operated polymer electrolyte membrane fuel cell
Yüksek sıcaklık proton değişim membranlarının tasarım, karakterizasyon, modellenmesi ve anaot çıkış kapalı polimer elektrolit yakıt hücresi içinde çalıştırılması
LALE IŞIKEL ŞANLI
Doktora
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DOÇ. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Development of 100W portable fuel cell system working with sodium borohydride
Sodyum bor hidrür ile çalışan 100W portatif yakıt pili sistemi geliştirilmesi
SERDAR ERKAN
Doktora
İngilizce
2011
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. İNCİ EROĞLU