Yüksek sıcaklıkta çalışabilen proton değişim zarlı yakıt hücresi geliştirilmesi

Download
2008
Eroğlu, İnci
Baç, Nurcan
Akay, Gültekin R.
Bayrakçeken, Ayşe
Erkan, Serdar
Şengül, Erce
Gür, Nadiye
Yurdakul, Özgür A.
Ergün, Dilek
Devrim, Yılser
Fıçıcılar, Berker
Hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı ve kimyasal enerjinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürüldüğü sistemler yakıt hücreleri olarak adlandırılmaktadır. Halen polimer elektrolit zarlı yakıt hücrelerinde kullanılan Nafion zar yüksek maliyetlidir ve verimi 80oC’nin üstündeki sıcaklıklarda hızla düşmektedir. Bu da proton değişim zarlı yakıt pillerinin yaygın kullanılmasına ve ticarileşmesine önemli bir kısıtlama getirmektedir. Bu projede, florsuz aromatik hidrokarbon temelli polimerler ön işlemden geçirilerek, karışımları hazırlanarak veya inorganik doldurucularla uygun oranlarda karıştırılarak kompozit zarlar hazırlanması ve bunların yüksek sıcaklıkta çalışabilen proton değişim zarlı (PEM) yakıt hücrelerinde kullanım imkanı araştırılmıştır. Bu proje kapsamında çalışılan başlıca poliaromatik hidrokarbon polimerler polieter‐ eterketon, polisülfon ve polietersülfondur. Bu polimerlerin yeterli proton iletkenliğine ulaşabilmesi için post sülfonasyon yöntemleri geliştirilmiştir. Sülfolanmış polimer karışımları ile hazırlanan zarların mekanik ve termal dayanımları artmıştır. Bu polimerlere zeolit beta, titanyum oksit gibi inorganik doldurucular eklenerek hazırlanan kompozit zarların ise proton iletkenliğinin Nafion zarın değerine ulaştığı görülmüştür. Bu polimerler ile zar‐ elekrot ataçları hazırlama yöntemleri geliştirilmiştir ve yakıt hücresinde farklı işletme koşullarında test edilmiştir. Yüksek sıcaklıkta çalışılabilen proton değişim zarlı yakıt hücrelerinde kullanılan polibenzimidazol polimeri bu proje kapsamında çözelti polimerizasyonu yöntemiyle sentezlenmiştir. Polimer karakterize edilmiş ve bu polimerle zar hazırlama tekniği geliştirilmiştir. Bu zarlara fosforik asit yüklemesi yapılarak proton iletme özelliği kazandırılmış ve zar‐ elektrot ataçları hazırlanmıştır. Polibenzimidazolün proton değişim zarlı yakıt hücrelerinde elektrolit olarak kullanılmasıyla yakıt hücresi işletim sıcaklığının 150oC’ye çıkması mümkün olmuştur. Bu yakıt hücresi ile 150oC sıcaklıkta 0.91V açık devre voltajı ve 0.4V’ta 0.09 W/cm2 güç yoğunluğuna ulaşılmıştır. Bu değerler literatürle uyumludur.

Suggestions

Modeling of a high temperature PEM fuel cell
Sezgin, Berna; Eroğlu, İnci; Devrim, Yılser; Department of Chemical Engineering (2016)
High temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFC) are considered as the next generation of fuel cells since high temperature operation for PEM fuel cells has several advantages such as single phase operation, high carbon monoxide tolerance, low or zero carbon emission and removal of some equipment from the system. In order to obtain high performances, HT-PEMFC systems should be optimized in terms of dimensions, materials, operating conditions and other parameters. Modeling can help to pre-...
Investigation of temperature profile in high temperature PEM fuel cell
Çağlayan, Dilara Gülçin; Eroğlu, İnci; Devrim, Yılser; Department of Chemical Engineering (2016)
High temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFC) are promising alternative energy sources for the future. As an advantageous tool in the design of a system, modeling requires less time compared to the experiments as well as its low cost. This study includes both isothermal and non-isothermal three-dimensional mathematical models for a HT-PEMFC having an active area of 25 cm2. Governing equations are solved by using Comsol Multiphysics 5.0 “Batteries & Fuel Cells” module, which is a commer...
Thermal management of solid oxide fuel cells by flow arrangement
Şen, Fırat; Tarı, İlker; Department of Mechanical Engineering (2012)
Solid oxide fuel cell (SOFC) is a device that converts the chemical energy of the fuel into the electricity by the chemical reactions at high temperatures (600-1000oC). Heat is also produced besides the electricity as a result of the electrochemical reactions. Heat produced in the electrochemical reactions causes the thermal stresses, which is one of the most important problems of the SOFC systems. Another important problem of SOFCs is the low fuel utilization ratio. In this study, the effect of the flow ar...
First and second law analyses of a biomass fulled solid oxide fuel ceel-micro turbine hybrid system
Arabacı, Selin; Yüncü, Hafit; Department of Mechanical Engineering (2008)
Fuel cells are direct energy conversion devices to generate electricity. They have the lowest emission level of all forms of electricity generation. Fuel cells require no combustion of the fuel. The thermal energy gained from fuel cells may be utilized in micro turbines (gas turbines). In this work, first and second law analyses are performed on a hybrid system consisting of a solid oxide fuel cell (SOFC) combined with a micro turbine to be able to find an optimum point of pressure and corresponding mass ra...
Development of 100w portable fuel cell system working with sodium borohydride
Erkan, Serdar; Eroğlu, İnci; Department of Chemical Engineering (2011)
Fuel cells are electricity generators which convert chemical energy of hydrogen directly to electricity by means of electrochemical oxidation and reduction reactions. A single proton exchange membrane (PEM) fuel cell can only generate electricity with a potential between 0.5V and 1V. The useful potential can be achieved by stacking cells in series to form a PEM fuel cell stack. There is a potential to utilize 100W class fuel cells. Fuelling is the major problem of the portable fuel cells. The aim of this th...
Citation Formats
İ. Eroğlu et al., “Yüksek sıcaklıkta çalışabilen proton değişim zarlı yakıt hücresi geliştirilmesi,” 2008. Accessed: 00, 2020. [Online]. Available: https://app.trdizin.gov.tr/publication/project/detail/T0RNeU5qWT0.