ICHET LABORATUVARLARI UNIDO-ICHET hidrojen enerjisi araştırma laboratuvarlarına bir bakış ULUSLARARASI HİDROJEN ENERJİ TEKNOLOJİLERİ MERKEZİ Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından desteklenen bir Birleşmiş Milletler Sınai Kalkınma Teşkilatı projesidir
Laboratuvar altyapısı UNIDO-ICHET laboratuvarları, mühendis ve araştırmacılara, hidrojen ve yakıt pili teknolojilerinde çalışabilmelerine imkan veren en modern ekipmanlar ile donatılmıştır. Bu araştırma ortamı, yakıt pili testleri, analitik ölçümler, sistem entegrasyonu ve modelleme aktivitelerini kapsamaktadır. Bu imkanlar gelişmekte olan ülkelerdeki üniversitelerin, şirketlerin ve araştırma kuruluşlarının kullanımına açık olarak sunulmaktadır. Yakıt pili testleri Yakıt pili testleri kapasiteleri 100 W ile 12 kw arasında değişen test istasyonlarında gerçekleştirilmektedir: Tek hücre polimer elektrolit yakıt pili (PEMFC) testleri için iki adet 100 W lık test istasyonu; Tek hücre ve yığın polimer elektrolit yakıt pili (PEMFC) testleri için iki adet 1 kw lık test istasyonu; Yakıt pili yığın testleri için bir adet bir adet 2 kw ve bir adet 12 kw lık test istasyonu bulunmaktadır. Tek hücre ve yığın yakıt pili testleri için modern cihazlar. Laboratuvarın yakıt pili yığın testlerine ayrılan kısmında basınçlı hava sistemi ve yüksek kapasiteli de-iyonize su üretim sistemi bulunmaktadır. Test istasyonları, yakıt pillerinin nem, sıcaklık, basınç gibi birçok kontrollü parametreye göre testlere imkan sağlamaktadır. Test istasyonlarına bağlı olan, frekans analiz cihazı, potentiostat ve galvanostat cihazları kullanılarak empedans spektroskopisi ile döngüsel voltametri (CV), galvanik döngü ve açık devre analizi gibi testler
yapılabilir ve yakıt pillerinin elektrokimyasal özellikleri incelenebilir. Analitik ölçümler ICHET laboratuvarları, yakıt pili ve diğer hidrojen sistemleri için yeni malzemelerin geliştirilmesinde kullanılan modern analitik ölçüm cihazlarına sahiptir. Bu cihazlar: gaz kromatografi (GC); yüksek performans sıvı kromatografi (HPLC); UV-Vis spektrometre; termal gravimetrik ve kalorimetrik analiz (TGA-DSC); Fourier transform kızılötesi spektrometre (FT-IR); optik temas açısı ve yüzey gerilim ölçümü; yüksek basınç gaz adsorpsiyon analizi (HPVA); yüzey alanı ve gözeneklilik analizi. Bu mevcut cihazlar aşağıdaki test prosedürlerinin uygulanmasında kullanılmaktadır: polimer elektrolit membranların dört prob iletkenlik testi; yakıt pillerinde kullanılacak malzemelerinin optik temas açısı ve yüzey gerilim ölçüm cihazı ile ıslaklık ve su adsorpsiyonu karakteristiklerinin ölçülmesi; yakıt pili malzemelerinin adsorpsiyon ve desorpsiyon ölçümleri; yakıt pili malzemelerinin yüzey alanı ve gözeneklilik ölçümleri; FT-IR cihazı ile membran bozulma (degradation) çalışmaları. Gaz kompozisyonu analizi için şırınga ile gaz kromatografisi enjeksiyonu.
Sistem entegrasyonu ICHET Ar&Ge takımları yakıt pili tabanlı birçok alternatif enerji sistemi tasarlamış ve bütünlemişlerdir: yenilenebilir enerji kaynaklı bir moto-karavan, yakıt pilli kesintisiz güç kaynağı (UPS), yakıt pilli forklift, güneş enerjili ve yakıt pilli bir golf arabası, yakıt pilli scooter ve yakıt pilli tekne. ICHET laboratuvarlarında bu sistemler üzerinde araştırma ve geliştirme yapılmaktadır. Araştırma kabiliyetleri Membran geliştirme ve karakterizasyonu ICHET laboratuvarlarında bulunan analitik cihazlar, yakıt pili membranlarının geliştirilmesi ve karakterizasyonu için kullanılabilir. Termal gravimetrik analiz cihazı yaygın olarak yeni membran malzemeleri geliştirmede kullanılmaktadır. Bu cihazın en yaygın uygulamalarından birisi yeni malzemelerin kararlılık ve bozulma sıcaklıklarının özellikle polimer malzemelerde (camsı geçiş sıcaklıkları) hesaplanmasıdır. Membran karakterizasyonunda, polimerlerin molekül ağırlığı analizleri ve saflık kontrolü ölçümleri için sıvı kromatografi tekniği kullanılabilir. Polimerik zincirler üzerindeki fonksiyonel gruplarının çeşit ve miktarları FT-IR ile incelenerek membranların nicel ve nitel karaterizasyonu gerçekleştirilebilir. Ayrıca yakıt pili laboratuvarında dört prob ölçüm tekniği ile membran iletkenlik ölçümleri yapılmaktadır. Yakıt pili membranının iletkenlik ölçümü için hazirlanması.
İnert azot atmosferindeki odada analiz için örnek hazırlanırken.
Katalizör geliştirme ve karakterizasyonu Yeni yakıt pili katalizörlerinin geliştirilmesi amacıyla yakıt pili tepkimesinin kinetiği termal gravimetrik analiz ve kalorimetrik yöntemler ile incelenebilir. Bir diğer araştırma konusu olarak metanol ile çalışan yakıt pillerinde katalizör zehirlenmesi FT-IR ile incelenebilir. Daha geniş bir bakış açısıyla, FT-IR yakıt pillerinde herhangi bir gaz-katı ve sıvı-katı etkileşiminin incelenmesinde kullanılabilir. Bunun dışında yüzey alanı ve gözeneklilik ölçümleri ile ICHET laboratuvarlarında yeni ve ucuz katalizör geliştirme çalışmaları desteklenebilir. Potentiostat, galvanostat ve empedans analiz cihazları elektrot malzemelerinde elektrokimyasal aktivite alanı ve katalitik özelliklerin belirlenmesi kullanılabilir. Bipolar plaka ve gaz difüzyon tabakası geliştirilmesi Yakıt pilinin çalışması sırasında içindeki suyun kontrolü yakıt pilinin performansını etkileyen önemli bir faktördür. İyi bir yakıt pili performansı için bazı kısımlarda hidrofilik yapılar gerekirken diğer kısımlarında hidrofobik yapılar olması istenebilir. Bu nedenle özellikle bipolar plaka ve gaz difüzyon tabakası geliştirilmesinde malzemelerin su ile olan etkileşimlerini tanımlamak gereklidir. Optik temas açısı ve yüzey gerilim ölçümü cihazı ile yakıt pili malzemelerinin ıslanma karakteristikleri incelenebilir. Bütün bu ölçümler yakıt pili çalışma sıcaklıklarında gerçekleştirilebilir. Katı hal FTIR spektroskopisi ölçümü için örnek hazırlanması.
Hidrojen depolama ICHET laboratuvarlarında bulunan gaz adsorpsiyon analiz cihazı statik hacimsel metot ile hidrojen veya başka gazlar kullanarak malzemelerin yüksek basınçta adsorpsiyon izotermlerini ölçmektedir. Katalizörler, zeolitler, aktif karbon, karbon nanotüpler ve hidratlar bu cihazın tipik uygulamalarıdır. Çalışma basıncı yüksek vakum ortamından 100 bara ulaşan bir aralıktadır. Sıcaklık aralığı ise kriyojenik sıcaklıktan 400ºC ye kadardır. Malzemelerin toplam sorpsiyon karakteristikleri yüzey alanı ve gözeneklilik analiz cihazı ile incelenmektedir. Toplam gaz sorpsiyon ve kemisorpsiyon izotermleri, yüzey alanı ve gözenek boyutu dağılımı hidrojen depolanmasında ve yakıt pillerinde kullanılan malzemelerin performanslarını belirleyen özelliklerdir. Termal gravimetrik ve kalorimetrik yöntemler de hidrojen depolama araştırmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. ICHET laboratuvarlarındaki TGA-DSC cihazı ile incelenebilecek bazı konular: düşük desorpsiyon sıcaklıkları, yüksek desorpsiyon kinetikleri, yeniden dolum zamanı ve basıncının optimizasyonu, ısı yönetimi, döngüsel ömür, depolama kapasitesinin optimizasyonudur. Hacim esaslı adsorpsiyon ölçüm cihazı. Gaz bileşimi analizi Gaz kromatografisi (GC) birçok uygulamada kullanılabilmektedir: yakıt pili giriş ve çıkışındaki safsızlıkların ölçümü; katı oksit yakıt pillerinde (SOFC) dahili doğal gaz reformasyonunun incelenmesi;
hidrojen veya gaz karışımlarının yakıt olarak kullanıldığı içten yanmalı motorlarda gazların bileşiminin incelenmesi. Hidrojen üretimi ICHET laboratuvarında dakikada 600 standart cm 3 ten, saatte 1 normal m 3 e varan hidrojen üretim kapasiteli birçok çeşit elektroliz cihazı bulunmaktadır. Bu cihazlar veri toplama ve sistem simülasyonuna uygundur. Ayrıca yeni elektrot malzemelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu için ICHET laboratuvarlarındaki analitik ölçüm cihazları kullanılabilir. Yuzey acisi olcumleri için gaz difuzyon tabakasinin uzerindeki su damlaciklari. Modelleme ICHET laboratuvarlarında yakıt pillerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ve sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile ileri düzey modelleme çalışmaları yapılmaktadır. Modelleme yakıt pillerinin çalışması ile ilgili detaylı bilgiler verdiği gibi, belirli çalışma koşullarında yakıt pillerinin davranışlarının ve dayanımlarının analizinde de yardımcı olur. ICHET modelleme faaliyetleri yakıt pillerinde su yönetimi, safsızlıkların etkisi, akım toplama verimliği, mekanik stresler ve dayanım analizi üzerine yoğunlaşmaktadır. ICHET laboratuvarlarında yürütülen yakıt pili ve yenilenebilir enerji sistemleri araştırmaları modelleme çalışmaları ile desteklenmektedir.
UNIDO-ICHET LABORATUVARLARI Sabri Ülker Sk. 38/4, Cevizlibağ, Zeytinburnu, 34015 İstanbul, Türkiye. Tel. +90 212 416 48 48 Faks. +90 212 416 89 47 www.unido-ichet.org contact@unido.ichet.org