Pem yakıt hücresi performansını etkileyen parametrelerin optimizasyonu
Optimization of the parameters effecting pem fuel cell performance
Yazar: TOLGA GÜMÜŞOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sunulan tez çalışmasında yakıt hücresi uygulamalarında tek hücre performansını optimize etmek için membran elektrot yığınlarının (MEY) hazırlama koşullarının ve hücre işletim şartlarının belirlenmesine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. MEY hazırlama koşullarından sıcak baskının basınç, sıcaklık ve uygulama süresinin hücre performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla gerçekleştirilen çalışmalarda yedi farklı MEY; 125, 140 ve 155°C baskılama sıcaklığında, 250, 400 ve 550 psi basınçta, 1, 3 ve 5 dakika baskı sürelerinde hazırlanmıştır. Hücre işletim şartları olarak hücre baskısı, hücre sıcaklığı, yakıt besleme debileri, anot ve katot nemlendirme sıcaklıklarının performans üzerine etkileri araştırılmıştır. Yine tez kapsamında hazırlanan el yapımı elektrotların MEY yapımında uygulanması incelenmiş ve hücre performans karakteristikleri belirlenmiştir. Ek olarak farklı elektrolit tiplerinin ve yakıt olarak metanolün kullanıldığı doğrudan metanol yakıt hücresi uygulamaları için de ön çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan elektrot ve MEY'lerin taramalı elektron mikroskobu (SEM), yüzey temas açısı ve PEM yakıt hücresi performans testleri gerçekleştirilmiştir.Elde edilen sonuçlardan MEY hazırlama koşullarının ve hücre işletim şartlarının yakıt hücresinden elde edilecek gücü önemli oranda etkilediği tespit edilmiştir. Yine elektrot-elektrolit arayüzeyinin iyi temas etmesinin, katalizörün elektrokatalizör tabakasında homojen dağılmasının, gaz difüzyon tabakasının seçiminin, elektrolit tipinin, katalizör mürekkebinde kullanılan Nafion miktarının ve mikro gözenekli tabakadaki teflon yüklemesinin de performans üzerine önemli etkilerinin olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this presented thesis, the studies were carried out for determination of the preparation of membrane electrode assemblies (MEA) and single cell operation conditions optimizing single cell performance in fuel cell applications. It was tried to investigate the effect of pressure, temperature and pressing time in hot press as MEA preparation conditions on cell performance. For this purpose, seven different MEAs were prepared under 125, 140 and 155°C hot press temperature, 250, 400 and 550 psi pressure and 1, 3 and 5 pressing time. As fuel cell operations conditions, the effects of cell pressure, cell temperature, fuel and oxidant flow rates, anode and cathode humidification temperature were examined. In this thesis, the use of handmade electrodes in the construction of MEAs was also studied, and cell performance characteristics were determined. In addition, preliminary works on the investigation of different types of electrolyte and direct methanol fuel cell (DMFC) applications which is methanol as fuel were carried out. The analyses of scanning electron microscopy (SEM), surface contact angle and PEM fuel cell performance tests of pepared electrodes and MEAs were also performed.It was determined that MEA preparation and cell operation conditions had great effect on the power generated by fuel cell. Besides, it was concluded that good contact at the interface of electrode-electrolyte, homogeneously distribution of catalyst in electrocatalyst layer, choosing gas diffusion electrode type, electrolyte type, Nafion amount used in catalyst ink and teflon loading in microporous layer had huge importance on fuel cell performance.