Development of solid acid fuel cell electrolytes operating at intermediate temperature (110-250°c)
Orta sıcaklıkta (110-250°c) çalışan katı asit yakıt hücresi elektrolitlerinin geliştirilmesi
- Tez No: 948489
- Danışmanlar: PROF. DR. PETER DETTMANN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Fachhochschule Münster
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Yakıt hücreleri, kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine temiz ve verimli bir şekilde dönüştürür. Bir yakıt hücresinin temel bileşenlerinden biri, iyon iletimi sağlayan elektrolittir. Yakıt hücresi teknolojisindeki önemli gelişmeler genellikle polimer elektrolitlere dayanmaktadır. Ancak mevcut polimer elektrolit teknolojisi, 100°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda çalışamaması nedeniyle sınırlıdır ve bu durum, birçok uygulama için istenmeyen bir durumdur. Bu tez, 110-250°C arası orta sıcaklık aralığında çalışan, polimer olmayan, inorganik katı asit bileşikleri temelli alternatif bir elektrolit üzerine odaklanmaktadır.Katı asitler, normal tuzlar ile normal asitler arasında yer alan kimyasal bileşiklerdir. Oda sıcaklığında düzenli bir yapıya sahiptirler; ancak ısıtıldıklarında katı hal faz geçişi geçirerek oldukça düzensiz bir yapıya dönüşürler. Bu durumda proton iletkenlikleri birkaç kat artar ve yaklaşık 10⁻² Ω⁻¹cm⁻¹ seviyelerine ulaşır. Yüksek sıcaklıklarda (>100°C) gösterdikleri bu yüksek proton iletkenliği nedeniyle, bu bileşiklere“süperprotonik katı asitler”adı verilir.Bu çalışmada, MH(PO₃H) tipi (M = Cs⁺ ve K⁺) katı asitlerin sentezi ve karakterizasyonu araştırılmıştır. Potasyum dihidrojen fosfit (KH(PO₃H)) ve sezyum dihidrojen fosfit (CsH(PO₃H)), oda sıcaklığında monoklinik düzenli yapıya sahiptir. Isıtıldıklarında sırasıyla 125°C ve 142°C'de süperprotonik faz geçişi geçirirler. Bu sıcaklıkların ardından, KH(PO₃H) bileşiği 143°C'de 4.5·10⁻³ Ω⁻¹cm⁻¹, CsH(PO₃H) ise 160°C'de 3·10⁻³ Ω⁻¹cm⁻¹ proton iletkenliğine ulaşmıştır.İkinci olarak, katyon katkılı katı asitlerin etkisi araştırılmıştır. Farklı oranlarda K⁺ iyonu, CsH(PO₃H) bileşiğine katkılanmış ve ortaya KₓCs₁₋ₓH(PO₃H) (x = 0.1, 0.2, 0.3, ..., 0.95) formülüyle tanımlanan bileşikler çıkmıştır. Bu karışık sistemdeki süperprotonik faz geçiş sıcaklıkları ve proton iletkenlikleri incelenmiştir. Cs⁺ zengin bileşikler geçiş sıcaklığını fazla etkilemezken, K⁺ zengin bileşikler bu sıcaklığı düşürerek yaklaşık 100°C'ye kadar çekmiştir. Özellikle K₀.₉₅Cs₀.₀₅H(PO₃H) bileşiği, 100°C'de süperprotonik faz geçişi göstermekte ve 113°C'de 3.2·10⁻³ Ω⁻¹cm⁻¹ olan iletkenliği, 147°C'de 10⁻² Ω⁻¹cm⁻¹ seviyelerine ulaşmaktadır.
Özet (Çeviri)
Fuel cells convert chemical energy directly into electrical energy cleanly and efficiently. An integral part of a fuel cell is the electrolyte that conducts ions. Major developments in the fuel cell technology are based on polymer electrolytes. Current technology for the polymer electrolytes is limited by its inability to operate at temperatures above 100 °C, which is undesirable for applications. This thesis deals with an alternative electrolyte that operates at intermediate temperatures (110–250 °C) and is based on non-polymer, inorganic solid acid compounds. Solid acids are chemicals between normal salts and normal acids. At room temperature, they have an ordered structure; however, upon heating, they undergo a solid-state phase transition to a highly disordered structure in which the proton conductivity increases by several orders of magnitude and takes on values of approximately 10⁻² Ω⁻¹·cm⁻¹. Because of their high proton conductivity at high temperatures (>100 °C), they are referred to as“superprotonic”solid acids. In this work, the synthesis and characterization of MH(PO₃H)-type solid acids (where M = Cs⁺ and K⁺) have been investigated. It has been found that potassium dihydrogen phosphite, KH(PO₃H), and cesium dihydrogen phosphite, CsH(PO₃H), have monoclinic ordered structures at room temperature. Upon heating, KH(PO₃H) and CsH(PO₃H)undergo superprotonic phase transition at 125 °C and 142 °C, respectively, and the proton conductivity increases to a value of 4.5 × 10⁻³ Ω⁻¹·cm⁻¹ at 143 °C for KH(PO₃H) and 3 × 10⁻³ Ω⁻¹·cm⁻¹ at 160 °C for CsH(PO₃H). Secondly, the effect of cation-substituted solid acids has been developed by doping different amounts of K⁺ into CsH(PO₃H), and the resulting formula was KₓCs₁₋ₓH(PO₃H), where x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 0.95. Superprotonic phase transition temperatures and protonic conductivities have been investigated for the mixed system. Cs⁺-rich compounds have not affected the transition temperature, while K⁺-rich compounds have shifted the transition temperature to very low, around 100 °C. K₀.₉₅Cs₀.₀₅H(PO₃H) has a superprotonic phase transition at 100 °C, and its superprotonic conductivity starts from 3.2 × 10⁻³ Ω⁻¹·cm⁻¹ at 113 °C and reaches values of 10⁻² Ω⁻¹·cm⁻¹ at 147 °C.
Benzer Tezler
- Farklı yakma esaslı sentez yöntemleri ile Ce0,80Sm0,20O1,90 elektrolitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of Ce0,80Sm0,20O1,90 electrolytes via different combustion based synthesis methods
BURCU AYGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER
- Random forest yöntemi kullanarak polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücrelerinin ömrünün belirlenmesi
Determining life span in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell using random forest method
HAVVA NUR SAĞDIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
PROF. DR. SERDAR YAMAN
DOÇ. DR. HALİT EREN FİGEN
- Optimized power control strategy for a proton exchange membrane fuel cell system
Proton değişim membranlı yakıt hücresi sistemi için optimize edilmiş güç kontrol stratejisi
ÖMER BURAK SARIÇAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN
- AB-initio modelling of oxygen reduction reaction on doped graphene surface in acidic media
Katkılanmış grafen yüzey üzerindeki oksijen indirgenmereaksiyonunun asidik ortamda AB-initio modellenmesi
HASAN OZAN AVCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- Metalurjik olarak hazırlanan Au-Pd elektrodların katalitik özelliklerinin incelenmesi
Characterization of catalytic behaviours of metallurgically casted Au-Pd electrodes
CANPOLAT ÖZDEN