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
- The transformation of higher education by means of techno-parks: Case of Turkey
Yüksek öğretimin dönüşümü: Teknoparklar-Türkiye örneği
GAMZE SART
Doktora
İngilizce
2013
Eğitim ve ÖğretimBoğaziçi ÜniversitesiEğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA GÖK
- Prenatal dönemde farklı dozlarda uygulanan diklofenak sodyumun merkezi sinir sistemi gelişimi üzerine toksik etkisinin araştırılması
The toxic effects of different doses of diclofenac sodium on the development of the central nervous system exposed during prenatal period
EBRU ELİBOL
Doktora
Türkçe
2014
Histoloji ve EmbriyolojiOndokuz Mayıs ÜniversitesiAnatomi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN KAPLAN
- Terkos havzasında tuzlu su girişimlerinin geçici elektromanyetik ve doğru akım özdirenç yöntemleriyle araştırılması
Investigation of saltwater intrusion in terkos basin using transient electromagnetic and direct current resistivity methods
AYÇA SULTAN ARDALI
Doktora
Türkçe
2014
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYSAN GÜRER
- Arcti̇i̇n maddesi̇ni̇n deneysel peri̇odonti̇ti̇s modeli̇ üzeri̇ndeki̇ anti̇enflamatuvar etki̇nli̇ği̇ni̇n i̇ncelenmesi̇
Evaluation of anti inflammatory effect of arctiin on experimental periodontitis model
AHMET AYDOĞDU
Doktora
Türkçe
2014
Diş HekimliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiPeriodontoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF ESER SAKALLIOĞLU