Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος
Τα τελευταία χρόνια, καταγράφεται μία αύξηση της παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα με τα τρία τέταρτα της ανθρωπογενούς παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα να οφείλεται στη χρήση των ορυκτών καυσίμων, τα οποία αποτελούν το 86% της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης. Παράλληλα, τα αποθέματα πετρελαίου κα...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23985 |
| id |
nemertes-10889-23985 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Συγκράτηση φωσφορικού οξέος Στατιστικά συμπολυμερή Phosphoric acid retention Carbon dioxide Fuel cells |
| spellingShingle |
Συγκράτηση φωσφορικού οξέος Στατιστικά συμπολυμερή Phosphoric acid retention Carbon dioxide Fuel cells Χαραλαμπόπουλος, Γεώργιος Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος |
| description |
Τα τελευταία χρόνια, καταγράφεται μία αύξηση της παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα με τα τρία τέταρτα της ανθρωπογενούς παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα να οφείλεται στη χρήση των ορυκτών καυσίμων, τα οποία αποτελούν το 86% της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης. Παράλληλα, τα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου μειώνονται ραγδαία καθώς ο πληθυσμός αυξάνεται. Για το λόγο αυτό, καθίσταται απαραίτητη η ανάπτυξη κατάλληλης υποδομής για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της μελλοντικής κοινωνίας, βασισμένη στο υδρογόνο και σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τα κελιά καυσίμου που στηρίζονται στο υδρογόνο είναι συσκευές ενεργειακής μετατροπής, που κατά τη λειτουργία τους παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα και θερμότητα μέσω της ηλεκτροχημικής μετατροπής του υδρογόνου και του οξυγόνου με μόνο παραπροϊόν το νερό. Από τις διάφορες κατηγορίες κελιών καυσίμου αυτές που βασίζονται σε πολυμερικό ηλεκτρολύτη (PEMFC) παρουσιάζουν πλεονεκτήματα για ευρεία χρήση. Οι αντίστοιχες κυψελίδες υψηλής θερμοκρασίας (HT-PEMFC) λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες (100-200οC) προσδίδοντας στη κυψελίδα υψηλότερη ανοχή σε ακαθαρσίες της τροφοδοσίας υδρογόνου (π.χ. μονοξείδιο του άνθρακα), ευκολότερη διαχείριση της εκλυόμενης θερμότητας και της υγρασίας και μεγαλύτερες αποδόσεις. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πολυμερικών ηλεκτρολυτών που φέρουν στην κύρια αλυσίδα μονάδες πυριδίνης για την εφαρμογή τους σε κυψελίδες καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας. Τα πολυμερή αυτά πρέπει να έχουν υψηλή μηχανική αντοχή, θερμική σταθερότητα, υψηλό ποσοστό εμποτισμού σε φωσφορικό οξύ με ελεγχόμενη μεταβολή των διαστάσεών τους κατά τον εμποτισμό και υψηλή αγωγιμότητα. Η κύρια έμφαση δίνεται στην κατανόηση του μηχανισμού αλληλεπίδρασης των εμποτισμένων μεμβρανών με το νερό και το φωσφορικό οξύ, την επίδραση της δομής στην αγωγιμότητα και την ανθεκτικότητα των κελιών καυσίμου και την καλή ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος μετά από εκτεταμένη λειτουργία υψηλής θερμοκρασίας με απώτερο στόχο, την αύξηση της διάρκειας ζωής της τελικής μονάδας κελιού καυσίμου και την λειτουργία με υψηλότερες αποδόσεις. |
| author2 |
Charalampopoulos, Georgios |
| author_facet |
Charalampopoulos, Georgios Χαραλαμπόπουλος, Γεώργιος |
| author |
Χαραλαμπόπουλος, Γεώργιος |
| author_sort |
Χαραλαμπόπουλος, Γεώργιος |
| title |
Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος |
| title_short |
Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος |
| title_full |
Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος |
| title_sort |
ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23985 |
| work_keys_str_mv |
AT charalampopoulosgeōrgios anaptyxēēlektrolytōnypsēlēsthermokrasiasmebeltiōmenēikanotētasynkratēsēsphōsphorikouoxeos AT charalampopoulosgeōrgios developmentofhightemperatureelectrolyteswithimprovedphosphoricacidretentionability |
| _version_ |
1771297292737839104 |
| spelling |
nemertes-10889-239852022-11-16T04:37:57Z Ανάπτυξη ηλεκτρολυτών υψηλής θερμοκρασίας με βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος Development of high temperature electrolytes with improved phosphoric acid retention ability Χαραλαμπόπουλος, Γεώργιος Charalampopoulos, Georgios Συγκράτηση φωσφορικού οξέος Στατιστικά συμπολυμερή Phosphoric acid retention Carbon dioxide Fuel cells Τα τελευταία χρόνια, καταγράφεται μία αύξηση της παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα με τα τρία τέταρτα της ανθρωπογενούς παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα να οφείλεται στη χρήση των ορυκτών καυσίμων, τα οποία αποτελούν το 86% της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης. Παράλληλα, τα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου μειώνονται ραγδαία καθώς ο πληθυσμός αυξάνεται. Για το λόγο αυτό, καθίσταται απαραίτητη η ανάπτυξη κατάλληλης υποδομής για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της μελλοντικής κοινωνίας, βασισμένη στο υδρογόνο και σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τα κελιά καυσίμου που στηρίζονται στο υδρογόνο είναι συσκευές ενεργειακής μετατροπής, που κατά τη λειτουργία τους παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα και θερμότητα μέσω της ηλεκτροχημικής μετατροπής του υδρογόνου και του οξυγόνου με μόνο παραπροϊόν το νερό. Από τις διάφορες κατηγορίες κελιών καυσίμου αυτές που βασίζονται σε πολυμερικό ηλεκτρολύτη (PEMFC) παρουσιάζουν πλεονεκτήματα για ευρεία χρήση. Οι αντίστοιχες κυψελίδες υψηλής θερμοκρασίας (HT-PEMFC) λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες (100-200οC) προσδίδοντας στη κυψελίδα υψηλότερη ανοχή σε ακαθαρσίες της τροφοδοσίας υδρογόνου (π.χ. μονοξείδιο του άνθρακα), ευκολότερη διαχείριση της εκλυόμενης θερμότητας και της υγρασίας και μεγαλύτερες αποδόσεις. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πολυμερικών ηλεκτρολυτών που φέρουν στην κύρια αλυσίδα μονάδες πυριδίνης για την εφαρμογή τους σε κυψελίδες καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας. Τα πολυμερή αυτά πρέπει να έχουν υψηλή μηχανική αντοχή, θερμική σταθερότητα, υψηλό ποσοστό εμποτισμού σε φωσφορικό οξύ με ελεγχόμενη μεταβολή των διαστάσεών τους κατά τον εμποτισμό και υψηλή αγωγιμότητα. Η κύρια έμφαση δίνεται στην κατανόηση του μηχανισμού αλληλεπίδρασης των εμποτισμένων μεμβρανών με το νερό και το φωσφορικό οξύ, την επίδραση της δομής στην αγωγιμότητα και την ανθεκτικότητα των κελιών καυσίμου και την καλή ικανότητα συγκράτησης φωσφορικού οξέος μετά από εκτεταμένη λειτουργία υψηλής θερμοκρασίας με απώτερο στόχο, την αύξηση της διάρκειας ζωής της τελικής μονάδας κελιού καυσίμου και την λειτουργία με υψηλότερες αποδόσεις. In recent years, there has been an increase in carbon dioxide production, with three-quarters of man-made carbon dioxide production being attributed to the use of fossil fuels, which account for 86% of world energy consumption. At the same time, oil and natural gas reserves are declining rapidly as the population grows. For this reason, it becomes necessary to develop an appropriate infrastructure to meet the energy needs of the future society, based on hydrogen and renewable energy sources. Hydrogen-based fuel cells are energy conversion devices that, during operation, produce electricity and heat through the electrochemical conversion of hydrogen and oxygen with the only by-product being water. Of the various categories of fuel cells, polymer electrolyte-based fuel cells (PEMFC) have advantages for widespread use. The corresponding high temperature cells (HT-PEMFC) operate at higher temperatures (100-200οC) giving the cell a higher tolerance to impurities of hydrogen supply (e.g. carbon monoxide), easier management of released heat and moisture and higher yields. The purpose of this master's thesis is the synthesis and characterization of polymeric electrolytes that have pyridine units in the main chain for their application in high temperature fuel cells. These polymers must have high mechanical strength, thermal stability, high percentage of impregnation in phosphoric acid with controlled change of their dimensions during impregnation and high conductivity. The main emphasis is given on understanding the mechanism of interaction of impregnated membranes with water and phosphoric acid, the effect of structure on the conductivity and durability of fuel cells and the ability to retain phosphoric acid after extensive operation at high temperatures with the aim to increase the lifetime of the final fuel cell unit and achieve higher efficiencies. 2022-11-15T12:04:25Z 2022-11-15T12:04:25Z 2021-07-30 https://hdl.handle.net/10889/23985 gr application/pdf |
