Yakıt Pili Teknolojileri

-A +A

Enerji Enstitüsü Yakıt Pili Teknolojileri Grubu; 2000 yılından bugüne, yakıt pili modül bileşenleri (bipolar plaka, membran elektrot ünitesi, elektrokatalizör) tasarımı ve üretimi konusunda çalışmalar ile birlikte, farklı güç ölçeklerinde modül ve sistem tasarımı, performans testleri, hidrojen üretim sistemleri ve son kullanıcı (elektrikli araç, mikrokojenerasyon, taşınabilir ve sabit güç sistemleri) entegrasyonu konularında uygulamalı araştırma-geliştirme faaliyetleri yürütmektedir.

ÇALIŞMA ALANLARI

  • Yakıt pili modül bileşenleri tasarımı ve üretimi (akış kanallı bipolar/son plaka, membran elektrot ünitesi, elektrokatalizör)
  • Yakıt pili modül ve sistem tasarımı, geliştirilmesi ve üretimi (su/ısı yönetimi, hava/yakıt besleme, veri izleme ve kontrol sistem bileşenleri, güç koşullandırma, vb)
  • Sodyum borhidrürden hidrojen üretim sistemi tasarımı ve üretimi (100 L/dak kapasiteli ve ihtiyaca göre ölçeklendirilebilecek nitelikte tam kontrollü sistem)
  • Yakıt pili tabanlı evsel mikrokojenerasyon sistemleri
  • Yakıt pillerinin elektrikli platform (İnsansız hava araçları, elektrikli kara araçları, vb) entegrasyonu ve menzil uzatımı performans testleri
  • Yakıt pili sistem otomasyonu (veri izleme ve kontrol)
  • Yakıt pili tabanlı güç sistemlerinin tasarımı ve devreye alınması
  • Yakıt pili hücre bileşenlerinin karakterizasyonu ve sistem üretimi konusunda çeşitli alanlarda endüstriyel hizmet (YAKIT PİLİ GRUBU TESTLERİ)

PROJELER

Güncel Projeler

  1. Mobil Bor Temelli Hidrojen Üretim Sistemi ve Yakıt Pilli Elektrikli Araç Entegrasyonu Projesi (MAMBORGEN-e) (2019-2021): Ulusal Bor Enstitüsü (BOREN) tarafından desteklenen ve GEN Otomobil firması ile eşgüdümlü olarak yürütülen projede, yerli üretim elektrikli binek otomobilin seyir süresinin uzatılmasına yönelik olarak araç platformuna 10 kW güç ölçeğinde yakıt pili sistemi entegre edilerek, araç performans testlerinin gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır. Yakıt pilinin ihtiyacı olan hidrojen de 70-100 L/dak kapasiteli, sodyum borhidrür temelli otomatik kontrollü bir proses aracılığı ile üretilmekte ve basınçlı tankta depolanmaktadır.


     

  2. Yakıt Pilli Mikrokojenerasyon Sistemi Saha Uygulaması Projesi (2016-2022):  Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından desteklenen projede, evsel uygulamalar için doğal gazdan hidrojen üreterek 2kW elektrik, 8 kW ısıl çıkış gücünde PEM tipi yakıt pili teknolojisine dayalı bir mikrokojenerasyon sistemi prototipi geliştirilmesi ve Bakanlık tarafından uygun görülen sahada performans testlerinin gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır.  İlgili proje, 2006-2010 yılları arasında Enerji Enstitüsü önderliğinde yürütülen “KAMAG-1007 Mikrokojen” projesinin “Proje Sonuçları Uygulama Planı (PSUP)” kapsamında bir devam projesi niteliğindedir.


     

Tamamlanmış Projeler

  1. MAM Yakıt Pilli Güç Kaynağı (2018-2020): TÜBİTAK MAM Başkanlık tarafından desteklenen projede 50 Watt çıkış gücüne sahip hava solumalı ve hava soğutmalı PEM yakıt pilinin, taşınabilir bir güç sistemi olarak tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Prototip, askeri ve sivil çeşitli telsiz, telefon vb. cihazların şarj edilmesinde kullanılmak üzere geliştirilmiş ve endüstriyel tasarımla son kullanıcıya uygun şekilde üretilmiştir.  Hareket halindeki birimlerin kritik ve operasyonel yüklerinin şebekeden bağımsız ve sürekli olarak beslenmesi amacı ile şarj destek ünitesi olarak planlanmıştır. (BROŞÜR)


     
  2. Kobalt-Bor-Nitrojen Doplu Oksijen Elektrot (Katot) Geliştirilmesi (grafCAT) (2016-2018):  TUBITAK 1003 kapsamında desteklenen projede, Polimer Elektrolit Membran (PEM) yakıt pillerinde hem performans hem de maliyet noktasından üzerinde çalışılması gereken oksijen indirgenme reaksiyonu için Grafen destek malzemeleri geliştirilmiş, kobalt ve bor doplamalar yoluyla yeni elektrot yapıları elde edilmiştir.  Tamamen Grafen destek üzerinde Pt/Co elektrokatalizörler ile 5 hücreli Grafen yakıt pili yığını üretilmiştir.
     
  3. Elektrikli Araçlar İçin Bor Temelli Yakıt Pilli Menzil Arttırıcı Projesi (2014-2016): Sodyum borhidrürden üretilen hidrojenin, yakıt pili aracılığı ile elektrik enerjisine dönüştürülmesi ve Derindere Motorlu Araçlar bünyesinde bulunan ticari bir SUV elektrikli araç platformuna entegre edilerek araç menzilinin arttırılması sağlanmıştır. Prototip aracın menzil uzatımını ölçmek amacı ile yapılan şasi dinamometre testleri UN ECE R101 standardına uygun olarak gerçekleştirilmiş ve yalnızca batarya ile gerçekleşen seyir süresi 208 km olarak elde edilirken, yakıt pili ve hidrojen üretim sisteminin dahil olduğu araç prototipi ile 444 km menzil elde edilmiştir.


     

  4. Yakıt Pilli İnsansız Hava Aracı Projesi (2013-2015):  İnsansız Hava Aracı (İHA) üzerinde sodyum borhidrürden hidrojen üretim sisteminin (2-4 L/dak kapasiteli) geliştirilmesi ve üretilen hidrojenin kullanımına uygun 200 W çıkış gücüne sahip yakıt pilinin tasarlanması, geliştirilmesi, üretimi ve 2.5m kanat açıklığına sahip sabit kanatlı mini İHA gövdesine entegrasyonu amaçlanmıştır. Proje çıktısı olarak İHA gövdesine entegre edilmeye hazır halde Hidrojen Üretim Sistemi ve Yakıt Pili Modülü üretilerek, yerli bir İHA üreticisi tarafından imal edilen İHA’ya yerleşimi gerçekleştirilmiştir ve menzil uzatım testleri yapılmıştır. İlgili testler neticesinde sadece batarya ile 25 dak olarak gerçekleşen uçuş süresi, yakıt pili sisteminin entegrasyonu ile 50 dak mertebesine çıkarılmıştır.


     

  5. Sodyum Borhidrür Yakıt Pilli Elektrikli Araç Projesi (2009-2011): BOREN tarafından desteklenen projede, araç uygulamaları için sodyum borhidrürden hidrojen üretecek 3 kW gücünde PEM tipi yakıt pili teknolojisine dayalı sistem geliştirilmiştir. Projede bor madeninden hidrojen üretmek için küçük ölçekli hidrojen üretim sistemi (HÜS), yakıt pili bileşenlerinin ve modülünün üretimi, güç şartlandırma ve kontrol sistemleri ile yakıt pili ve hidrojen üretim sisteminin araç içine entegrasyonu gerçekleştirilmiştir. İlgili araç prototipi gerek ülkemizde gerekse dünyada bu alanda öncü platformlardan biridir. Proje çalışması 2011 yılında Elginkan Vakfı tarafından “Teknoloji Ödülü”ne layık görülmüştür.

  6. Yakıt Pilli Mikrokojenerasyon Sistemi Projesi (2006-2010): TÜBİTAK 1007 projeleri kapsamında desteklenen ve kamu müşterisi Elektrik İşleri Etüt İdaresi olan bu projede, yakıt pili ve katalitik yakıcı sistemlerini kullanarak doğal gazdan 5 kW elektrik ve 30 kW ısı enerjisinin üretilmesi hedeflenmiştir. EE bünyesinde Hidrojen Teknolojileri ve Yakıt Pili Grubu’nun ortak görev aldığı bu proje kapsamında alt bileşenler olarak; katalitik yakıcı, 5 kW çıkış gücüne sahip yakıt pili sistemi, güç koşullandırma sistemi (DC-AC çevirici ünitesi), proses kontrol sistemi ortaya konulmuştur.


     

  7. PEM Yakıt Pili Modül Bileşenlerinin Geliştirilmesi ve Üretimi (2004-2006):  Koç Holding (Ford, TOFAŞ, Arçelik, Demirdöküm, Aygaz) tarafından desteklenen projede; yerli imkanlarla yakıt pili bileşenlerinin geliştirilmesi ve prototip üretimlerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiş olup, proje çıktıları olarak bipolar plaka, membran elektrot ünitesi ve elektrokatalizör üretimi ve karakterizasyon çalışmaları yapılmış, prototip üretimler gerçekleştirilmiştir. Seçilen yönteme göre ekonomik ve teknik değerlendirmeler yapılmıştır. Ayrıca, projede hidrojen üretimi, depolama ve dağıtımı üzerine teknik bir rapor hazırlanmıştır.

PATENTLER

  1. “A method for producing recyclable bipolar plate” Boyacı San F.G., Bican İ., Uysal S.,Tekin G., Erdör B., Okur O.,Tırıs M., Akgün F., Günen E., Behmenyar G., Şener T., Genç F., Sağlam G., Patent No:EP2015384, 2009-01-14
  2.  “Method for producing and integration of direct sodium borohydride fuel cell”, Boyacı San F.G., Behmenyar G., Uysal S., Erdör B., Genç F., Şener T.,Okumuş E., Okur O., Bican İ., USPTO Başvuru No: 20110189553

YAYINLAR

  1. Erdör Türk B., Sarul M. H., Çengelci E., İyigün Karadağ Ç., Boyacı San F. G., Kılıç M., Okumuş E., Yazıcı M.S., “Integrated Process Control‐Power Management System Design and Flight Performance Tests for Fuel Cell Powered Mini‐Unmanned Aerial Vehicle,”   Energy Technology, vol. 9, no. 3, p. 2000879, 2021.
  2. Boyaci San FG, Dursun S, Yazici MS, PtCo on continuous-phase graphene as PEM fuel cell catalyst, Int J. Energy Res. (2021), 45 (2), 1673-1684
  3. Dursun S; Akay RG; Yazici MS, CVD Graphene Supported Cobalt (II) Phthalocyanine as Cathode Electrocatalyst for PEM Fuel Cells, International Journal of Hydrogen Energy (2020),  
  4. Dursun S, Yazici MS, Mixed Carbon-Graphene Supports for Cobalt (II) Phthalocyanine as Fuel Cell Cathode, ECS J. Solid State Sci. Technol., 2020, 9, 4.
  5. Bahar T, Yazici MS, Assessment of glucose oxidase based enzymatic fuel cells integrated with newly developed chitosan membranes by electrochemical impedance spectroscopy, Electroanalysis 2020, 32,1304-1314 DOI: 10.1002/elan.201900743
  6. Yazici MS; Boyaci San FG, Bor doplu CVD grafen üretimi ve yakıt pili performansı, Bor Dergisi (Journal of Boron), 4 (3), 141-147, 2019.
  7. Boyaci San FG, Dursun S, Yazici MS, Optimization of the PEMFC operating parameters for cathode in the presence of PtCo/CVD graphene using factorial design, Int J Energy Res. 2019; P 4506-4519.
  8. Bahar T, Yazici MS, Performance Assessment of a Perfluorosulfonic Acid-type Membrane (i.e. Nafion™ 115) for an Enzymatic Fuel Cell, Electroanalysis, 31, 1656-1663, 2019.
  9. Yazici MS; Azder MA, Salihoglu O; Boyaci San FG, Ultralow Pt loading on CVD graphene for acid electrolytes and PEM fuel cells, International Journal of Hydrogen Energy 43, pages 18572-18577(2018).
  10. Yazici MS; Azder MA, Salihoglu O, CVD grown graphene as catalyst for acid electrolytes, International Journal of Hydrogen Energy 43, pages 10710-10716(2018).
  11. Bahar T, Yazici MS, Immobilized glucose oxidase biofuel cell anode by MWCNTs, ferrocene, and polyethylenimine: Electrochemical performance. Asia‐Pac J Chem Eng. 2018; V13, p. 2149.
  12. Boyaci San FG,  Okur O. 2017. The effect of compression molding parameters on the electrical and physical properties of polymer composite bipolar plates. International Journal of Hydrogen Energy, 42, 23054-23069.
  13. Okumus E, Boyaci San FG,  Okur O, Erdor Türk B, Çengelci E, Kılıç M, Iyigun Karadag Ç, Çavdar M., Turkmen A., Yazıcı MS.  2017. Development of boron-based hydrogen and fuel cell system for small unmanned aerial vehicle.  International Journal of Hydrogen Energy, 42, 2691-2697
  14. Boyaci San FG,  Iyigun Karadag Ç,  Okur O, Okumus E. 2016. Optimization of the catalyst loading for the direct borohydride fuel cell. Energy, 114:214-224.
  15. İyigün Karadağ Ç., Behmenyar G., Boyacı San F. G., Şener T., 2015. Investigation of Carbon Supported Nanostructured PtAu Alloy as Electrocatalyst for Direct Borohydride Fuel Cell, Fuel Cells,15, No. 2, 262–269.
  16. Boyaci San FG,  Okur O, Iyigun Karadag Ç,  Okumus E. 2014. Optimization of the Operation Conditions in a Direct Borohydride Fuel Cell with Carbon Supported Au Anode. Chapter in book: Progress in Exergy, Energy, and the Environment, January pp.927-935.
  17. Boyaci San FG,  Okur O, Iyigun Karadag Ç,  Isık Gulsac I,  Okumus E. 2014 Evaluation of operating conditions on DBFC (direct borohydride fuel cell) performance with PtRu anode catalyst by response surface method. Energy: 71 160-169.
  18. Okur O, Iyigun Karadag Ç, Boyaci San FG, Okumus E, Behmenyar G, 2013. Optimization of parameters for hot-pressing manufacture of membrane electrode assembly for PEM (polymer electrolyte membrane fuel cells) fuel cell, Energy 57:574-580.
  19. Boyaci San F.G, Isik Gulsac I, Okur O. 2013. Analysis of the polymer composite bipolar plate properties on the performance of PEMFC (polymer electrolyte membrane fuel cells) by RSM (response surface methodology). Energy 55:1067-1075. 
  20. Boyaci San FG, Isik-Gulsac, I, 2013. Effect of surface wettability of polymer composite bipolar plates on polymer electrolyte membrane fuel cell performances. International Journal of Hydrogen Energy: 38(10):4089–4098.
  21. Boyaci San F.G, Tekin G., 2013, A review of thermoplastic composites for bipolar plate applications, International Journal of Energy Research, Submitted (ER-12-2623),16-Feb-2012.
  22. Celik C, Boyaci San F. G., Sarac H. I. 2012. Investigation of Ni Foam Effect for Direct Borohydride Fuel Cell, Fuel Cells 12(6) 1027–1031.
  23. Taymaz, I., Akgun, F., Benli,M., 2011. Application of response surface methodology to optimize and investigate the effects of operating conditions on the performance of DMFC, Energy 36, 1155-1160.
  24. Çelik, C., Boyacı San, FG, Sarac,H.İ., 2010. Improving the direct borohydride fuel cell performance with thiourea as the additive in the sodium borohydride solution, International Journal of Hydrogen Energy, 35, 16,  8678-8682.
  25. Çelik, C, Boyacı San, F.G., Sarac,H.İ., 2010.  Influences of sodium borohydride concentration on direct borohydride fuel cell performance”, J. Power Sources, 195, 2599-2603.
  26. Çelik, C, Boyacı San FG, Sarac,H.İ., 2008, Effects of operation conditions on direct borohydride fuel cell performance, Journal of Power Sources 185, 197–201.

Projeler / Ödüller

26.05.2017, İnovasyon Başarı Ödülü: Elektrikli Araçlar İçin Bor Temelli Yakıt Pili Menzil Artırıcı

2012, Elginkan Vakfı-7.Türk Kültürü Araştırma ve Teknoloji Ödülü: BORMOBİL-Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pilli Araç   

27.04.2011,2010 A Katagorisi Teşvik Ödülü: Sabit Uygulamalar için Doğrudan Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pili

27.04.2011, 2010 A Katagorisi Başarı Ödülü: Yakıt Pilli Mikro Kojenerasyon Sistemi

2007 Yılı A Katagorisi Başarı Ödülü: Doğrudan Sodyum Borhidrürlü Yakıt Pili Üretimi ve Entegrasyonu Projesi

28.05.2007, 2006 Yılı Başarı Ödülü: Polimer Elektrolit Membranlı Yakıt Pili Modil Bileşenlerinin Geliştirilmesi ve Üretimi Projesi

25.03.2005, 2004 Yılı Başarı Ödülü:  Temiz Enerji Üretimine Yönelik Yakıt Pili Teknolojilerinin Geliştirilmesi Projesi