Güneş tabanlı hidrojen enerjisi
Solar based hydrogen energy
Yazar: RAMI HABASH
Danışman: PROF. DR. EROL UZAL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Güneş hidrojen sistemi, yenilenebilir kaynaklar kullanarak elektrik talebini karşılayan bir sistemdir. Bu sistem dünyada, özellikle de elektrik şebekesine erişimi olmayan bölgelerde çok önemli ve gereklidir. Ayrıca bu sistem elektriği temiz bir çevreile sağlamaktadır. Verimli bir sistem, geçmişte ve halen, araştırmacıların uzun yıllardırüzerinde konsantre oldukları bir hedef olmuştur.
Yakıt pili söz konusu sistemlerin diğer parçalarına kıyasla daha fazla ilgi görmekte ve yakıt pilindeyüksek bir verimin elde edilmesi tüm sistemin yüksek verimliliğine yol açmaktadır. Diğer taraftan, yakıt pili sistem içinde verimliliği geliştirilmeye en uygun parçadır. Güneş pilleri yetersiz olduğunda sistemin enerji talebini yakıt pili karşılamaktadır. Yakıt pillerinde elektrolit membran anahtar önemesahiptir. Yakıt pillerinin türleri arasında polimer elektrolit membranlı yakıt pili ele alınacak birçok nedenlerden dolayı güneş hidrojen sistemi için uygun bir türü teşkil etmektedir. En yaygın olarak kullanılan tür olupaynı şekilde endüstriyel dünyada da sıklıkla karşılaşılacaktır. Membranın proton iletkenliği dikkatleri çekmekte olup bunun geliştirilmesi yakıt hücresinin verimliliğini de artırmaya yön vermektedir. Elektrolit membran yakıt hücresinin performansını etkileyen en önemli bileşen olup son zamanlarda araştırmacılar farklı koşullarda iyi performans sergileyecek ucuz membran geliştirilmesi üzerinde çalışmaktadır. Membran gazın yer değiştirmesine bir bariyer olarak kabul edilmekteve katot ile anotu ayırmak için kullanılmakta, bir iyonik iletken olarak işlev görmektedir. Yakıt pilinde ihtiyac duyulan özellikleriyi bir maliyet ve yüksek kullanım ömrüdür. 
Membran binlerce saat dayanıklı olmalıdır. Birçok sorun yakıt pilinin performansının geliştirilmesine engel teşkil etmekte olup en büyük zorluklar arasında aşırı ısınma, dehidrasyon ve düşük proton iletkenliği yer almaktadır. 
Bu sakıncaları aşmak amacıylatermal ve su yönetimi analiz edilmektedir. Termal yönetim aşırı ısınma ve dehidrasyonu önlemek için, su yönetimi ise maksimum performans ve PEMFC dayanıklılığına erişmek için gereklidir. Su yönetimi iyi bir proton iletkenliği sağlamaya ve membranı tamamen hidratlı tutma amaçlıdır. Ayrıca, pilinbozulmasını önlemek amacıyla denge kuruluğunu sağlama rolü oynarken CL ve GDL gözeneklerinde su taşmasını da önlemeyi amaçlamaktadır. Termal ve mekanik kararlılığı artırmak ve farklı sıcaklık ve basınç koşullarında yüksek proton iletkenliği sağlamak için Zeolit membran kullanılmaktadır. Bu tezin amacı, pil performansının artırılmasında su ve termal yönetiminin önemini analiz etmektir. Membrana zeolit materyali eklenmesi ve bunun mebranın geliştirilmesinde ve problemlerin çözümündeki rolü detaylı olarak tartışılacaktır. Bu çalışmada polimer elektrolit membranın dinamiği Matlab kullanılarak simüle edilmektedir. Sonuçısı ve akım değişimlerine göre analiz edilecektir.

Abstract:
The solar hydrogen system is the system that provide the demand of electricity by using a renewable sources. This system is important and needed in the world especially in the region that don't have access to an electricity utility grid. In addition this system provide electricity with clean environment. An efficient system was and still the goal that researchers concentrate on it over many years.
Fuel cell has taken more interest over the other parts of the systems, and achieving a high efficiency for fuel cell leads to high efficiency of the overall system. On the other hand the fuel cell is the most part in the system that have ability to improve its efficiency. The fuel cell meets the demand of the system when the solar cells is deficient. In the fuel cells the electrolyte membrane is the key of the fuel cells.  Among the types of the fuel cells polymer electrolyte membrane fuel cell is a suitable type for solar hydrogen system due to many reasons will be discussed. It is used most commonly, and it will be seen in the industrial world. Proton conductivity of the membrane attract attentions in which developing it leads to improve the efficiency of fuel cell. 
Electrolyte membrane are the major component that affect the performance of the fuel cell, recent researchers work on developing inexpensive membrane that have good performance in different condition. The membrane is considered a barrier to the transport of gas and used to separate the cathode and anode, the membrane works as an ionic conductor, the characteristics that is needed in fuel cell is the good cost and high life time. The membrane must be durable for thousands of hours.
Many problem prevent the performance of fuel cell to improve, the most big challenges is the overheating, dehydration, and low proton conductivity. To pass these drawbacks the thermal and water management is analyzed, the thermal management is required to prevent overheating and dehydration, and the water management is to achieve maximum performance and durability of PEMFC, water management is to maintain good proton conductivity, and to keep membrane fully hydrated. Furthermore, it is to prevent the water flooding in the pores CL and GDL, as it play role to maintain the equilibrium drying and liquid water flooding to prevent cell degradation. Zeolite membrane is used to improve the thermal and mechanical stability and to provide high proton conductivity at different conditions of temperature and pressures. 
The purpose of this thesis is to analyze the important of water and thermal management in improving the performance of cell. The adding zeolite material to the membrane will be discussed in details, and it is role in developing the membrane and solving the problems. In this study the dynamic of the polymer electrolyte membrane is simulated using Matlab. The result will be analyzed according the change of temperature and currents.