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
- Tez No: 389481
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, DOÇ. DR. SERHAT YEŞİLYURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Mekatronik Mühendisliği, Enerji, Polymer Science and Technology, Mechatronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Polimer elektrolit membran yakıt hücreleri (PEMFC) artan kirlilik yayılımımızı ve fosil yakıtlara bağımlılığımızı azaltma noktalarında çok büyük potansiyele sahiptirler. Fakat, karmaşık sistem yapısı ve yüksek maliyet gibi fakörler yakıt hücrelerinin yaygınlaşması önündeki önemli engellerdir.Yakıt hücrelerindeki iki ana dezavantajın iyileştirilmesi ve geliştirilmesi bu tezin amacı olmuştur. Bunlaradan bir tanesi membran maliyeti ve membranın suya bağımlı iyonik iletlenliği nedeni ile hücresinin düşük çalışma sıcaklığıdır. İkincisi ise yakıt hücresi sisteminin karmaşık dizaynıdır. Bu tez çalışmasında sentezlenen radyasyon başlatmalı aşı kopolimer membralar geleneksel yakıt pili çalışma sıcaklığını (< 80 °C) 100 °C üzerine çıkarabilmektedir. Bunun yanında sentezlenen yüksek sıcaklık membranların maliyetleri oldukça düşükdür ve istenilen boyutlarda kolaylıkla üretilebilmektedir. Anot çıkış kapalı (AÇK) çalışma prensibi, geleneksel yakıt hücresinin karmaşık sistem dizaynına alternatif olarak düşünülmüştür. AÇK çalışma prensibi yakıt hücresinin maliyetini, ağırlığını ve hacmini azaltma konularında avantajlara sahiptir. Anot kısmının harici nemlendirmesi ve hidrojenin sirkülasyon komponentlerinin sistemden çıkarılması AÇK çalışma ile mümkündür. Bu nedenle, bu tez çalışmasında yakıt hücresi, AÇK çalışacak şekilde modifiye edilmiştir. Ayrıca, AÇK çalışma prensibinin ticari membrandan kaynaklanan dezavantajlarının, sentezlenen radyasyon başlatmalı aşı kopolimer, iyon değişim yüksek sıcaklık membranları ile giderilmesi de yine bu tezin konusudur.Bu çalışmalara ek olarak, zamana bağlı, bir boyutlu ve iki fazlı numerik model çalışması yapılmıştır. Numerik model, ticari membran ile düşük sıcaklık AÇK prensibinde çalışan iki fazlı suyun incelenmesi için kullanılmıştır. Ayrıca, numerik model sentezlenen yüksek sıcaklık membranının AÇK prensibinde çalışmasını incelemek için gelecek çalışmalarda kullanılabilecektir.
Özet (Çeviri)
Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) have the potential to reduce our pollutant emissions and dependence on fossil fuels. Factors such as complex balance-of-plant design and cost still remain as the major barriers to fuel cell. The eradication of the two main shortcomings of PEMFC has been targeted in this thesis study. The first shortcoming is high cost of the membrane and its water depended low operation temperature. The second one is the complex balance-of-plant design of PEMFC system. The synthesized, radiation grafted, high temperature proton conducting membrane improves the operation temperature of conventional PEMFC (i.e., <80 °C) up to 120 °C. The novel, high temperature proton conducting membrane eliminates the electrochemical by product water and improves the overall performance of PEMFC. Moreover, the synthesized, high temperature proton conducting membrane is cost competitive and very well suited for bulk production in any defined size. The dead ended anode (DEA) operation is considered as an alternative to the conventional PEMFC system. The operation with a DEA reduces fuel cell system cost, weight, and volume since the anode external humidification and recirculation hardware can be eliminated. Thus, the conventional PEMFC system is modified according to DEA operation in the study. The shortcomings of the commercial membrane in the DEA operation have been reduced with the synthesized, high temperature proton exchange membrane. Additionally, a transient, one dimensional along the channel numerical model is developed. The model is used to understand the two phase water transport mechanism during a low temperature DEA operation.
Benzer Tezler
- Design and analysis of high speed wear test rig and wear characterization for brush seals
Yüksek hızlı aşınma test düzeneği tasarımı, analizi ve fırça keçeler için aşınma karakterizasyonu
SERHAN GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONUR TUNÇER
- Design and characteristics of high performance mid-wavelength type-2 superlattice sensors
Yüksek performanslı orta dalgaboyu tip-2 süperörgü sensörlerin dizayn ve karakteristikleri
FİKRİ OĞUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. ALPAN BEK
DR. YETKİN ARSLAN
- Electrochemical impedance spectroscopy based characterization and modeling of electrochemical energy storage systems
Elektrokimyasal enerji depolama sistemlerinin elektrokimyasal empedans spektroskopisi tabanlı karakterizasyonu ve modellenmesi
MOHAMMED AHMED ZABARA
Doktora
İngilizce
2021
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÜLGÜT
- Processing and characterization of high performance piping materials for geothermal applications
Jeotermal uygulamalar için yüksek performanslı boru malzemelerinin prosesi ve karakterizasyonu
MURAT TOĞULGA
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. METİN TANOĞLU
YRD. DOÇ. DR. GÜLDEN GÜNERHAN
- Integrated computational alloy design, single crystal growth, and characterization of nickel base superalloys
Nıkel esaslı süperalaşımların entegre hesaplamalı alaşım tasarımı, tek krıstal olarak üretımı ve karakterızasyonu
MEHDI MONTAKHABRAZLIGHI
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN BALIKCİ