Düşük sıcaklık yakıt pilleri için alternatif elektrolit geliştirilmesi
Improving of alternative electrolyte for low temperature fuel cell
Yazar: EMRE GÜNAY
Danışman: PROF. DR. HANİFİ SARAÇ ; ÖĞR. GÖR. DİDEM BERCESTE BEYRİBEY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yakıt pilleri umut vaat eden enerji dönüşüm ve üretim sistemleridir. Düşük sıcaklıkta çalışan yakıt pillerinin yüksek 

verim, düşük kirlilik, yüksek dayanım ve yakıt esnekliği gibi birçok avantajı vardır. Katı asit elektrolitler ise 

polimerik olmayan proton iletken malzemelerdir ve polimerik malzemelere göre nispeten daha yüksek sıcaklıklarda 

çalışabilirler. Proton geçirgen membranlı yakıt pilleri (PEMFCs) ile kıyaslandığında, nispeten yüksek çalışma 

sıcaklıkları, katı asit elektrolitler için değerli metal kullanımını ortadan kaldırır. Nispeten yüksek olan bu çalışma 

sıcaklığı sayesinde yakıt pili sistemindeki katalizör zehirlenmesi de engellenmiş olur. Nafion gibi polimer 

malzemelerin aksine, katı asit elektrolitlerin proton iletimi için nemlendirilmeye gereksinimleri yoktur. 

Nemlendirmeye ihtiyaç duymamaları, nemlendirme aparatlarının kullanımını da ortadan kaldırır. Bunların dışında, 

katı asit elektrolitlerin geçirgenliği, çok daha yüksek açık devre voltajı elde edilmesine olanak verir.

Bu çalışmada, katı asit malzemelerin ısıl dayanımı ve çalışma sıcaklığı aralığı, yapılarına zayıf asitlerin katılmasıyla 

arttırılacaktır. Bu da katı asit yakıt pillerinin kullanılabilirliğini yaygınlaştıracağı gibi, düşük sıcaklık katı oksit yakıt 

pilleri içinde alternatif bir elektrolit malzemesi olacaktır. Çalışma, seçilen 3-4 kompozit katı asit malzemenin sentezi 

ile başlayacaktır. Sentezlenen bu kompozit malzemelerin yapısı ve ısıl dayanımındaki gelişme Taramalı Elektron 

Mikroskopu (SEM), X-ray Difraksiyonu (XRD), Termogravimetri (TG) ve Diferansiyel Termal Analiz (DTA) 

teknikleri ile karakterize edilecektir.

Abstract:
Fuel cells are promising energy conversion and generating system, which have more advantages such as high 

efficiency, low pollution, system compactness and flexibility of fuel selection at low operating temperatures. Solid 

acid electrolytes are anhydrous, nonpolymeric proton-conducting (solid acid) electrolytes that can operate at slightly 

elevated temperatures. Comparing with the traditional Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs), solid acid 

electrolytes can reduce or eliminate the precious metal loadings due to their relatively high operating temperatures. 

These temperatures additionally imply a high tolerance of the catalysts to poisons, particularly CO, in the fuel 

stream. Unlike hydrated sulphonated polymers such as Nafion, no water molecules are required to facilitate proton 

transport in the solid acids, eliminating the need for continuous humidification of reactant gases. Furthermore, 

anhydrous proton transport eliminates the need for auxiliary humidification equipment and impermeability of the 

solid acid materials provides measurably higher open circuit voltages. 

In this project, composite solid acid materials including weak acids will be developed as electrolyte fuel cells. These 

composite materials will enhance utility of solid acid fuel cells and become an alternative electrolyte for low 

temperature solid oxide fuel cells. The study will start with synthesis of 3-4 selected composite solid acid materials. 

Structure and enhancement in thermal stability of the synthesized composite materials will be characterized by 

Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD), Thermogravimetry (TG) and Differantial Thermal 

Analysis (DTA) techniques.