100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi

10 10

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 0 Proje No: 214M140 Proje Bitiş Tarihi: 15.10.2017 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 11-03-2020

100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi

Öz:
Fosil yakıtların hızlı ve sürekli tükenmesinden dolayı bilim insanları araştırmalarını yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklamıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları (Güneş, rüzgar vb.) sıfır emisyona sahip olduğundan dolayı küresel ısınmayla mücadele konusunda çok büyük öneme sahiptir. Diğer yandan, güneş ve rüzgar enerjileri üretim esnasında dalgalanmalara sebep olduğundan dolayı şebeke istikrarsızlığı ve düşük güvenilirlik sorunlarını beraberinde getirmektedir. Bu gibi sorunları aşmak için tercih edilen yöntem ihtiyaç fazlası enerjinin üretildiği durumlarda bu enerjinin depolanarak, enerji talebinin en yoğun olduğu zamanlarda dahi depodan şebekeye beslenmesidir. Bu noktada depolama sistemlerinin verimliliği ve maliyetleri çok önemlidir. Depolama sistemlerinden bir tanesi olan akış bataryaları bu konuda iyi bir alternatiftir. Vanadyum redoks akış bataryaları uzun ömürleri ve yüksek enerji verimliliğinden dolayı diğer akış batarya sistemlerine göre daha avantajlıdır. Bu sistemin kullanımının yaygınlaşmasına engel olan en önemli sorunlar, yakıtları birbirinden ayıran Nafion? zarlarının ve yakıt olarak kullanılan vanadyum elektrolitlerinin maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Bu sorunları aşmak ve daha iyi performans elde edebilmek için bu proje kapsamında Nafoon?alternatif zarlar geliştirilmiş ve bu zarların VRAB performnsaları başarılı bir şekilde test edilmiştir. Ayrıca bu zarların yapılan testleri sonucunda elde edilen verimlerinin Nafion? zarlarının kullanıldığı vanadyum akış bataryalarından çok daha iyi olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışmada aynı zamanda su tutumu, proton iletkenliği, iyon değiştirme kapasitesi vanadyum iletkenliği gibi kritik membran parametrelerin VRAB performansı üzerine etkileri araştırılmıştır.
Anahtar Kelime: Nafion iyonomer vanadyum redoks akış bataryası Akış bataryaları

Konular: Malzeme Bilimleri, Özellik ve Test
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Antunes, R. A., de Oliveira, M. C. L., Ett, G., Ett, V. 2011. “Carbon materials in composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells : A review of the main challenges to improve electrical performance”, Journal of Power Sources, 196(6), 2945 – 2961.
  • Caglar, B., Fischer, P., Kauranen, P., Karttunen, M., Elsner, P. 2014. “Development of carbon nanotube and graphite filled polyphenylene sulfide based bipolar plates for all-vanadium redox flow batteries”, Journal of Power Sources, 256, 88 – 95.
  • Cha, S. 2015. “Recent Development of Nanocomposite Membranes for Vanadium Redox Flow Batteries”, Journal of Nanomaterials, 2015(iii), 1 - 12.
  • Chakrabarti, M.H., Brandon, N.P., Hajimolana, S.A., Tariq, F., Yufit, V., Hashim, M.A., Hussain, M.A., Low, C.T.J., Aravind, P.V. 2014. “Application of carbon materials in redox flow batteries”, Journal of Power Sources, 253, 150–166.
  • Chang, F., Hu, C., Liu, X., Liu, L., Zhang, J. 2012. “Coulter dispersant as positive electrolyte additive for the vanadium redox flow battery”, Electrochimica Acta, 60, 334 – 338.
  • Chen, D., Hickner, M. A., Wang, S., Pan, J., Xiao, M., Meng, Y. 2012. “Directly fluorinated polyaromatic composite membranes for vanadium redox flow batteries”, Journal of Membrane Science, 415 – 416, 139 – 144.
  • Chen, D., Li, X. 2014. “Sulfonated poly (ether ether ketone) membranes containing pendent carboxylic acid groups and their application in vanadium flow battery”, Journal of Power Sources, 247, 629 – 635.
  • Chen, D., Wang, S., Xiao, M., Meng, Y. 2010. “Preparation and properties of sulfonated poly(fluorenyl ether ketone) membrane for vanadium redox flow battery application”, Journal of Power Sources, 195(7), 2089–2095.
  • Choi, C., Kim, S., Kim, R., Choi, Y., Kim, S., Jung, H. 2017. “A review of vanadium electrolytes for vanadium redox flow batteries”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 263–274.
  • Clarke, R., Dougherty, B., Harrison, S., Millington, P., Mohanta, S. 2004. Cerium batteries, USPTO, US 2004 0202925 A1, 14.10.2004.
  • Davis, E. M., Kim, J., Oleshko, V. P., Page, K. A., Soles, C. L. 2015. “Uncovering the Structure of Nafion-SiO2 Hybrid Ionomer Membranes for Prospective Large- Scale Energy Storage Devices”, Advanced Functional Materials, 25(26), 4064 – 4075.
  • Dweiri, R., Sahari, J. 2007. “Electrical properties of carbon-based polypropylene composites for bipolar plates in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC)”, Journal of Power Sources, 171, 424 – 432.
  • Flox, C., Skoumal, M., Rubio-garcia, J., Andreu, T., Ramón, J. 2013. “Strategies for enhancing electrochemical activity of carbon-based electrodes for all- vanadium redox flow batteries”, Applied Energy, 109, 344 – 351.
  • Gahn, F.R., Hagedorn, N.H., Ling J.S. 1983. “Single Cell Performance Studies on the Fe / Cr Redox Energy Storage System Using Mixed Reactant Solutions at Elevated Temperature Conservation and Renewable Energy Division of Energy Storage Systems”, Eighteenth Intersociety Energy Conversion Engineering Conference Orlando, Florida, August 21-26, 1983.
  • Kara, K., Semiz, L., Akay, T.E., Sankir, M. 2016. “Influence of Fluorine Incorporation of Directly Disulfonated Copolymer Membranes on the Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) Performance” 2016 MRS Spring Meeting 6 Exhibit, Phoenix, Arizona, March 28 – April 1, 2016.
  • Kara, K., Sankir, M., Sankir, N.D., Agar, E., 2016. “Disulfonated Copolymer Membranes with Improved Selectivity and Lifetime for Vanadium Redox Flow Batteries”, ECS PRIME, Honolulu, Hawaii, October 2-7, 2016.
  • Kara, K. 2017. “Vanadyum redoks akış bataryaları için membran geliştirilmesi ve test edilmesi” Yüksek Lisans Tezi, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Ankara.
  • Kara, K., Akay, T.E., Sankir, M., Sankir, N.D. 2017. “Disulfonated Copolymer Membranes for Vanadium Redox Flow Batteries”, 4 th International Conference on Materials Science and Nanotechnology for Next Generation (MSNG2017), Sarajevo, Bosnia, June 28-30, 2017.
  • Kim, K.J., Kim, Y.J., Kim, J.H., Park, M.S. 2011. “The effects of surface modification on carbon felt electrodes for use in vanadium redox flow batteries”, Materials Chemistry and Physics, 131(1–2), 547–553.
  • Kim, S., Tighe, T. B., Schwenzer, B. 2011. “Chemical and mechanical degradation of sulfonated poly (sulfone) membranes in vanadium redox flow batteries”, Journal of Applied Electrochemistry, 41, 1201–1213.
  • Kim, K. H., Kim, B. G., Lee, D. G. 2014. “Development of carbon composite bipolar plate (BP) for vanadium redox flow battery (VRFB)”, Composite Structures, 109, 253–259.
  • Kuan, H., Ma, C. M., Hong, K., Chen, S. 2004. “Preparation, electrical, mechanical and thermal properties of composite bipolar plate for a fuel cell”, Journal of Power Sources, 134, 7–17.
  • Liang, X., Peng, S., Lei, Y., Gao, C., Wang, N., Liu, S., Fang, D. 2013. “ Effect of l-glutamic acid on the positive electrolyte for all-vanadium redox flow battery”, Electrochimica Acta, 95, 80–86.
  • Luo, T., David, O., Gendel, Y., Wessling, M. 2016. “Porous poly (benzimidazole) membrane for all vanadium redox flow battery”, Journal of Power Sources, 312, 45 – 54.
  • Melke, J., Jakes, P., Langner, J., Riekehr, L., Kunz, U., Nefedov, A., Roth, C. 2014. “Carbon materials for the positive electrode in all-vanadium redox flow batteries”, Carbon, 78, 220 - 230.
  • Minke, C., Turek, T. 2015. “Economics of vanadium redox flow battery membranes”, Journal of Power Sources, 286, 247 – 257.
  • Ngamsai, K., Arpornwichanop, A. 2015. “Analysis and measurement of the electrolyte imbalance in a vanadium redox flow battery”, Journal of Power Sources, 282, 534 – 543.
  • Nikiforidis, G., Berlouis, L., Hall, D., Hodgson, D. 2013. “Impact of electrolyte composition on the performance of the zinc - cerium redox flow battery system”, Journal of Power Sources, 243, 691 – 698.
  • Nikiforidis, G., Berlouis, L., Hall, D., Hodgson, D. 2014. “An electrochemical study on the positive electrode side of the zinc – cerium hybrid redox flow battery”, Electrochimica Acta, 115, 621 – 629.
  • Nikiforidis, G., Cartwright, R., Hodgson, D., Hall, D., Berlouis, L. 2014. “Factors affecting the performance of the Zn-Ce redox flow battery”, Electrochimica Acta, 140, 139 – 144.
  • Parasuraman, A., Lim, T. M., Menictas, C., Skyllas-Kazacos, M. 2013. “Review of material research and development for vanadium redox flow battery applications”, Electrochimica Acta, 101, 27 – 40.
  • Qian, P., Zhang, H., Chen, J., Wen, Y., Luo, Q., Liu, Z., You, D., Yi, B. 2008. “A novel electrode-bipolar plate assembly for vanadium redox flow battery applications”, Journal of Power Sources, 175, 613 – 620.
  • Rahman, F., Skyllas-Kazacos, M. 1998. “Solubility of vanadyl sulfate in concentrated sulfuric acid solutions”, Journal of Power Sources, 72, 105-110.
  • Sankir, M. 2017. “Disulfonated Poly (arylene ether sulfone) copolymer membranes for Vanadium Redox Flow Batteries (VRFBs)”, International Conference on Condensed Matter and Material Sciences (ICCMMS), Adana, Turkey, October 11-15, 2017.
  • Semiz, L., Sankir, N.D., Sankir, M. 2014. “Influence of the basic membrane properties of the disulfonated poly(arylene ether sulfone) copolymer membranes on the vanadium redox flow battery performance”, Journal of Membrane Science, 468, 209 – 215.
  • Semiz, L., Sankir, N. D., Sankir, M. 2014. “Directly copolymerized disulfonated poly(arylene ether sulfone) membranes for vanadium redox flow batteries”, International Journal of Electrochemical Science, 9(6), 3060 – 3067.
  • Semiz, L. 2016. “Yakıt pili sistemlerinde ve akış bataryalarında kullanılmak üzere ileri enerji malzemelerinin geliştirilmesi ve test edilmesi”, Doktora tezi, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Ankara.
  • Sum, E., Skyllas-Kazacos, M. 1985. “A study of the V(II)/V(III) redox couple for redox flow cell applications”, Journal of Power Sources, 15, 179 – 190.
  • Tan, Q., Lu, S., Lv, Y., Xu, X., Xiang, Y. 2016. “Doping structure and degradation mechanism of polypyrrole – Nafion ® composite membrane for vanadium redox flow batteries”, RSC Advances, 6, 103332 – 103336.
  • Wang, W., Luo, Q., Li, B., Wei, X., Li, L., Yang, Z. 2013. “Recent Progress in Redox Flow Battery Research and Development”, Advanced Functional Materials, 23(8), 970 – 986.
  • Wu, X., Xu, H., Xu, P., Shen, Y., Lu, L., Shi, J., Fu, J. 2014. “Microwave- treated graphite felt as the positive electrode for all - vanadium redox flow battery”, Journal of Power Sources, 263, 104 – 109.
  • Xiao-gang, L., Ke-long, H., Su-qin, L., Ning, T., Li-quan, C. 2007. “Characteristics of graphite felt electrode electrochemically oxidized for vanadium redox battery application”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 17, 195 - 199.
  • Yin, B., Li, Z., Dai, W., Wang, L., Yu, L., Xi, J. 2015. “Highly branched sulfonated poly( fluorenyl ether ketone sulfone)s membrane for energy efficient vanadium redox flow battery”, Journal of Power Sources, 285, 109 – 118.
  • Yuan, Z., Li, X., Hu, J., Xu, W., Cao, J., Zhang, H. 2014. “Degradation mechanism of sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) under vanadium flow battery medium”, Physical Chemistry Chemical Physics, 16 (Scheme 1), 19841 – 19847.
  • Yue, L., Li, W., Sun, F. 2010. “Highly hydroxylated carbon fibres as electrode materials of all - vanadium redox flow battery”, Carbon, 48(11), 3079 – 3090.
  • Zhang, J., Li, L., Nie, Z., Chen, B. 2011. “Effects of additives on the stability of electrolytes for all-vanadium redox flow batteries”, Journal of Applied Electrochemistry, 41, 1215–1221.
APA SANKIR M (2017). 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. , 1 - 0.
Chicago SANKIR Mehmet 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. (2017): 1 - 0.
MLA SANKIR Mehmet 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. , 2017, ss.1 - 0.
AMA SANKIR M 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. . 2017; 1 - 0.
Vancouver SANKIR M 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. . 2017; 1 - 0.
IEEE SANKIR M "100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi." , ss.1 - 0, 2017.
ISNAD SANKIR, Mehmet. "100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi". (2017), 1-0.
APA SANKIR M (2017). 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. , 1 - 0.
Chicago SANKIR Mehmet 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. (2017): 1 - 0.
MLA SANKIR Mehmet 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. , 2017, ss.1 - 0.
AMA SANKIR M 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. . 2017; 1 - 0.
Vancouver SANKIR M 100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi. . 2017; 1 - 0.
IEEE SANKIR M "100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi." , ss.1 - 0, 2017.
ISNAD SANKIR, Mehmet. "100 W Güç Depolayabilen Vanadyum Redoks Akış Bataryası (VRAB) Üretilmesi ve Test Edilmesi". (2017), 1-0.