Enerji depolama sistemleri için fonksiyonel nano-yapıların tasarımı

Abstract

Gelişen toplumların büyük sorunlarından birisi enerji talebidir, artan talebe bağlı olarak çevre kirliliği ortaya çıkmaktadır. Birincil ve ucuz enerji kaynakları olarak fosil yakıtlar, enerji talebinin çok büyük bölümünü karşılamaktadır. Ancak bunların tükenebilir olmalarının yanı sıra kirletici dezavantajları fazladır. Nükleer enerji ise bazı problemlerin aşılması halinde pratik hale getirilebilir, riskli bir kaynaktır. Sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynakları düşük çevresel etkiye sahiptirler. Yenilikçi, sürdürülebilir kaynakların kullanımını genişletmek; verimli ve etkili depolanmayı gerektirmektedir. Termal enerji depolama sistemleri (TED), düşük CO2 emisyonuna sahip enerji verimliliği sağlayan sistemlerdir ve faz değişim malzemeleri (FDM) ile birincil kaynaktan üretilen enerjiyi depolarlar. Enerji kaynağının bulunmadığı, enerjiye ihtiyaç duyulan şartlarda enerji gereksiniminde kullanılırlar. FDMler; katı-katı, katı-sıvı faz değişimiyle enerjiyi gizli ısı şeklinde depolayabilen; depolamada yüksek yoğunluğa sahip, çift yönlü, yüksek döngüde çalışabilen malzemelerdir. Ancak uygulama alanları ve kullanım aralıkları, faz geçişini sağlayan bileşenin akma probleminden dolayı sınırlıdır. Akma problemi çevresel kirliliğe ve ısı depolama etkinliğinin azalmasına neden olmaktadır. Akma problemini aşmak için yeni fonksiyonel polimerler, kompozit ve çapraz-bağlı sistemler geliştirilmektedir. Bu çalışmada enerji depolayan fonksiyonel malzemeler hazırlanmıştır. Bu amaçla öncelikle basit ve ucuz bir yöntem kullanılarak amin fonksiyonel gruplarına sahip kendiliğinden gözenekli metal-organik kafes yapıları (MOF) hazırlanmıştır. Farklı oranlarda glisidilmetakrilat, stearilmetakrilat monomerleri kullanılarak poli(GMA-ko-SMA) polimerleri sentezlenmiştir. ,MOF içerisine farklı oranlarda poli(GMA-ko-SMA) ve parafin yüklenerek kumaş örneklerde uygulamalar yapılmıştır. MOF ve kopolimerlerin yapısal karakterizasyonu Fourier Transform İnfrared Spektrofotometre; uygulaması yapılan polimerin molekül ağırlıkları jel geçirgenlik kromatografisi, yapısal aydınlatması Nükleer Manyetik Rezonans; polimer yüklü MOF ve polimer-MOF yüklü kumaş örneklerinin faz geçiş sıcaklıkları, ısı depolama kapasiteleri Diferansiyel Taramalı Kalorimetre ile belirlendi.

One of the biggest problems of developing societies is energy demand, environmental pollution arises due to increasing demand. Fossil fuels, as primary, cheap energy sources, meet this. However, in addition to being exhaustible, they have many pollutant disadvantages. Nuclear energy is risky resource; can be made practical if some problems are overcome. Sustainable, renewable energy sources have low environmental impact. Expanding the use of innovative, sustainable resources; requires efficient, effective storage. Thermal energy storage systems (TED) are energy efficient systems with low CO2 emissions; store the energy produced from primary source with phase change materials (FDM). They are used for energy requirements in conditions where there is no energy source, energy is needed. FDMs; able to store energy in the form of latent heat by solid-solid, solid-liquid phase change; with high density in storage, bidirectional, high cycle operation. However, application areas, usage ranges are limited due to flow problem of the phase transition component. Flow problem causes environmental pollution, decrease in heat storage efficiency. New functional polymers, composite and cross-linked systems are being developed to overcome the flow problem. In this study, energy-storing functional materials were prepared. For this purpose, first of all, self-porous metal-organic-lattice (MOF) with amine functional groups were prepared with simple, inexpensive method. Poly(GMA-co-SMA) synthesized using glycidylmethacrylate, stearylmethacrylate monomers in different ratios. Different ratios of poly(GMA-co-SMA) and paraffin were loaded into MOF and applications were made on fabric samples. Characterization of MOF and copolymers determined by Fourier Transform Infrared Spectrophotometer. Molecular weight of polymer by gel permeation chromatography; structure of applied copolymer by Nuclear Magnetic Resonance. Phase transition temperatures, heat storage capacities of polymer-loaded MOF and polymer-MOF-loaded fabric samples by Differential Scanning Calorimetry.