Doğrudan metanol yakıt hücresi membran elektrot bileşkesinin optimizasyonu
Optimization of direct methanol fuel cell's membrane electrolyte assembly
Yazar: SERDAR KÖSELER
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KAYTAKOĞLU
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Yakıt hücresi kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren elektrokimyasal cihazdır. Tipik bir Doğrudan Metanol Yakıt Hücresi (DMYH), temelde anot tarafı, katı polimer membran elektrolit ve katot tarafından oluşmaktadır. Pt-Ru/C ve Pt/C sırasıyla anot ve katoda kullanılan elektro katalizörlerdir. Anot tarafa yakıt olarak sulu metanol çözeltisi beslenirken katot tarafa oksitleyici olarak hava beslenmektedir. DMYH, basit yapısı, çevre dostu çalışma özellikleri ve yakıt olarak kullanılan metanolün kolay depolanması nedeniyle dikkati çekmektedir. Ancak DMYH'den elde edilen güç yoğunluğu, anotta gerçekleşen nispeten yavaş yürüyen metanolün oksidasyon reaksiyonu, anot tarafından katı polimer elektrolit boyunca katot tarafına geçen metanolün burada bulunan Platin (Pt) katalizörü zehirlemesi nedeniyle Polimer Elektrolit Membran Yakıt Hücresinden (PEMYH) den daha düşüktür. Yakıt hücresinin kalbi olarak kabul edilen Membran Elektrot Bileşkesinin (MEB) destek tabakası tipi, yüklenen katalizör miktarı ve polimer membran tipi gibi yapısal bileşenleri DMFC'nin performansını etkileyen diğer faktörlerdir. Bu nedenle DMFC'den yüksek güç yoğunluğunun elde etmek için MEB'nin hazırlanması ve üretilmesiyle ilgili araştırmalar halen sürmektedir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, yüksek güç yoğunluğu elde etmek üzere hazırlanan çeşitli MEB'ler standart DMYH de test edildi. Test edilen MEB'den üretilen güç yoğunluğu, her MEB testinden elde edilen akım yoğunluğuna karşı potansiyel verileri kullanılarak belirlendi. DMYH'den maksimum güç yoğunluğu elde edebilmek için MEB'in yapısal bileşenleri Taguchi deney tasarım yöntemiyle optimize edildi.

Abstract:
Fuel cell is electrochemical device that convert the chemical energy of a fuel directly into electrical energy. A typically Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) consists of basically anode side, solid polymeric electrolyte membrane and cathode side. Pt-Ru/C and Pt/C are electro catalysts used at anode and cathode sides respectively. While aqueous methanol solution is fed to the anode side, air as oxidizing agent is fed to the cathode side. DMFC is getting attention due to it simplicity, environmentally friendly working conditions and easy storage of aqueous methanol solution. However, power densities obtained from DMFC are lower than those obtained from Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) due to relatively slow methanol oxidation reaction taking place at anode and methanol passage from anode side through solid polymer electrolyte to cathode side which is poisoning Pt being in the cathode side. The structural constituent such as type of support material, amount of electro catalyst loaded and type of polymer electrolyte membrane of Membrane Electrode Assembly (MEA) accepting as heart of fuel cell are also other parameters affecting the performance of DMFC. Therefore, researches related to the preparations and productions of MEAs are still continuing to obtain higher power densities form DMFC. In this M Sc. thesis, various MEAs prepared to obtain higher power densities were tested in the standard DMFC. By using potential versus current data obtained from each MEA test, power density to be produced from each tested MEA was determined. The structural constituents of MEA were optimized by using Taguchi experiment design method to obtaining maximum power densities.