Vanadyum redoks akış bataryaları ve pem tipi yakıt hücreleri için biyokütle tabanlı elektrokatalizörlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of biomass-based electrocatalysts for vanadium redox flow batteries and pem type fuel cells
- Tez No: 1010212
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞAH ELDEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, Vanadyum Redoks Akış Bataryaları (VRAB) ve Polimer Elektrolit Membranlı (PEM) yakıt hücreleri için düşük maliyetli, sürdürülebilir ve yüksek performanslı biyokütle tabanlı katalizörlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. PEM yakıt hücresi oksijen indirgeme reaksiyonu testlerinde, sentezlenen Pt/AL_PT800*KOH katalizörü 2.2 mA cm-2 sınır akım yoğunluğu ile umut verici aktivite sergilese de genel performansı ticari %20 Pt/C'nin gerisinde kalmıştır. Buna karşılık, biyokütle tabanlı katalizörler VRAB pozitif yarı hücresinde daha üstün performans göstermiştir. AS_PH2SO4*H3PO4 elektrokatalizörü VRAB pozitif yarı hücresinde VO2+/VO2+ redoks reaksiyonu için üstün kinetik, yüksek pik akım yoğunlukları (anodik: 52.053 mA cm-2, katodik: 36.102 mA cm-2), düşük yük transfer direnci (16.274 Ω) ve yüksek tersinirlik göstermiştir. Tam hücre performans testleri, modifiye hücrenin batarya kapasitesini ve verimliliğini önemli ölçüde artırdığını kanıtlamıştır. 60 mA cm-2 akım yoğunluğunda, yalın hücrenin deşarj kapasitesi 583 mA h iken, modifiye hücre ile bu değer %83.9'luk muazzam bir artışla 1072.3 mA h seviyesine ulaşmıştır. Yine aynı akım yoğunluğunda yalın hücrenin voltaj, kolombik ve enerji verimlilikleri sırasıyla %65.01, %89.40 ve %58.12 iken bu değerler modifiye hücrede sırasıyla %77.55, %89.40 ve %94.74 değerlerine ulaşarak önemli bir artış göstermiştir. Elde edilen bu çarpıcı sonuçlar, sentezlenen biyokütle tabanlı karbon malzemelerin VRAB sistemlerinde kütle transferini iyileştirerek, yüksek performanslı ve sürdürülebilir bir elektrokatalizör alternatifi sunduğunu kesin olarak ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis study aimed to develop low-cost, sustainable, and high-performance biomass-derived catalysts for Vanadium Redox Flow Batteries (VRFBs) and Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cells. In the PEM fuel cell oxygen reduction reaction tests, although the synthesized Pt/AL_PT800*KOH catalyst exhibited promising activity with a limiting current density of 2.2 mA cm-2, its overall performance lagged behind the commercial 20% Pt/C catalyst. In contrast, the biomass-derived catalysts demonstrated superior performance in the VRFB positive half-cell. The AS_PH2SO4*H3PO4 electrocatalyst exhibited superior kinetics for the VO2+/VO2+ redox reaction in the VRFB positive half-cell, featuring high peak current densities (anodic: 52.053 mA cm-2, cathodic: 36.102 mA cm-2), low charge transfer resistance (16.274 Ω), and high reversibility. Full-cell performance tests proved that the modified cell dramatically increased battery capacity and efficiency. Specifically, at a current density of 60 mA cm-2, while the discharge capacity of the bare cell was 583 mAh, this value reached 1072.3 mAh with a massive increase of 83.9% using the modified cell. At the same current density, while the voltage, Coulombic, and energy efficiencies of the bare cell were 65.01%, 89.40%, and 58.12%, respectively, these values reached 77.55%, 94.74%, and 73.47% in the modified cell, exhibiting a significant increase. These striking results definitively demonstrate that the synthesized biomass-derived carbon materials offer a high-performance and sustainable electrocatalyst alternative by improving mass transfer in VRFB systems.
Benzer Tezler
- 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 (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. MEHMET SANKIR
- 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
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET RIFAT ÖZDURAL
- Vanadyum redoks akış bataryaları için kullanılabilecek elektrolitlerin karbon bazlı elektrot yüzeyindeki elektrokimyasal davranışlarının incelenmesi
Investigation of electrochemical behavior of the electrolytes that can be used for vanadium redox flow batteries on carbon based electrode surface
ÖZGE ALTINTAŞ
- Vanadyum redoks akış batarya sisteminin Türkiye'de bulunan güneş enerji santraline entegresinin teknik ve ekonomik analizi
Technical and economic analysis of integrating a vanadium redox flow battery system into a solar power plant in Turkey
BATUHAN MERT LAÇİNKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLŞAH ELDEN
- Sulu organik redoks akış bataryaları için yeni ferrosen psödo-peptit ve kuaterner amonyum yapısındaki katolitlerin geliştirilmesi
Development of new ferrocene pseudo-peptide and quaternary ammonium structured catholytes for aqueous organic redox flow batteries
MERYEM AYGÜN