Matematiksel modelleme ile anyon değişim membran elektrolizörün performans değerlendirilmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: CEREN ÇELEBİ
Danışman: CAN ÖZGÜR ÇOLPAN, YILSER DEVRİM
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Anyon değişim membran su elektrolizörü (AEMWE), uygun maliyetli geçiş metalleri kullanırken yüksek verimliliğini koruyabilmesi sayesinde yeşil hidrojen üretimi için umut vadeden bir teknolojidir. Bu çalışmanın amacı, AEMWE'nin elektrokimyasal, ısıl ve sistem düzeyindeki davranışlarını değerlendiren modelleme yaklaşımlarının geliştirilmesidir. Öncelikli olarak, AEMWE hücresinin elektrokimyasal performansını değerlendirmek amacıyla sıfır boyutlu detaylı bir model geliştirilmiş ve bu model aracılığıyla farklı polibenzimidazol temelli membranların farklı çalışma sıcaklıklarındaki ve membran kalınlıklarındaki performansları karşılaştırılmıştır. Ardından elektrolizör yığınının ve elektrolit tankının ısınma davranışı MATLAB ve Simulink ortamında sistem düzeyinde analiz edilmiştir. Son olarak, fotovoltaik (PV) ile beslenen ve metal hidrür (MH) tanklarıyla entegre edilmiş bir PV-AEMWE-MH sistemi modellenmiş ve İzmir'in tipik temmuz ve ocak ayı güneş koşulları altında hidrojen üretim ve depolama performansı incelenmiştir. Bulgular, daha ince membranların ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarının sistem verimliliğini artırdığını göstermektedir. En yüksek verim, 25 μm membran kalınlığında, 80 °C çalışma sıcaklığında ve 1 M potasyum hidroksit elektrolitiyle çalışıldığında, 20.000 A/m² akım yoğunluğunda %83,89 yüksek ısıl değer esaslı verimlilik ile elde edilmiştir. Sistem seviyesindeki sonuçlar, düşük tank kütlesi ve yavaş su giriş debilerinin yığının daha hızlı ısınmasına yol açtığını ortaya koymuştur. PV-AEMWE-MH sisteminin yaz ayında günde yaklaşık 0,295 kg, kış ayında ise yaklaşık 0,1656 kg hidrojen üretebildiği belirlenmiştir. Yaz koşullarında düşük taşınım katsayılarında yetersiz ısı uzaklaştırılması nedeniyle depolama performansı düşerken, her iki mevsim için de belirli bir eşik değerin üzerindeki taşınım katsayılarında depolama performansındaki iyileşmenin sınırlı kaldığı görülmüştür.