Zeolite based composites in energy storage

Abstract

oz Bu tezde enerji depolama uygulamaları için yüksek ısıl iletkenlikli zeolit bazlı kompozitler çeşitli ikinci fazlar kullanılarak hazırlanmıştır. Türkiye'de fazlaca bulunan klinoptilolit matris olarak, alüminyum, alüminyum hidroksit ve grafit ikinci faz olarak kompozit hazırlamada kullanılmıştır. Farklı kompozisyonlardaki kompozitler değişik miktarda ikinci fazlar ve klinoptolit karıştırılarak hazırlanmıştır. Karışım pelet haline getirilemediği için bağlayıcı madde olarak polivinil alkol kullanılmıştır. En iyi peletlerin (dağılmayan, çatlak içermeyen) 60 bar basmç altında yapılabildiği bulundu. Bu basmç altında hazırlanmış olan peletler 150 °C de ısıl işlemden geçirilmiştir. Tozlar termal analiz cihazlarıyla (termogravitmetrik analiz, differensiyal termal analiz ve differansiyel taramalı kalorimetre) incelenmiş ve karakterize edilmiştir. Termal analiz sonuçlan klinoptilolitde üç tür suyun bulunduğunu göstermiştir. Hazırlanan peletlerin ısıl iletkenlik katsayıları sıcak plaka metodu kullanılarak tayin edilmiştir. Klinoptolitin ısıl iletkenlik katsayısı 0.26 W/mK olarak ölçülmüştür. Bu değer alüminyum tozunun kullanılmasıyla kayda değer bir şekilde artmış fakat grafit ve alüminyum hidroksit tozlarının kullanılmasıyla fazla artmamıştır. %40 alüminyum, grafit ve alüminyum hidroksit içeren kompozitlerin ısıl iletkenlik katsayıları sırasıyla 1.18, 0.50 ve 0.43 W/mK olarak ölçülmüştür. Alüminyum içeren kompozitler adsorbent malzemesi olarak kullanılabilir ve bu yolla ısı pompalarının performansını artırabilir.

ABSTRACT In this thesis, second phases were used for the zeolite-based composites with high thermal conductivity for energy storage applications. Natural zeolite, clinoptilolite received from large deposits in Turkey was used as matrix while aluminum, aluminum hydroxide and graphite were used as second phases for composite preparation. Composites of different compositions (from 10 to 40 wt% additive loading) were prepared by mixing different amount of second phases to the clinoptilolite. Powder mixtures were pelletized using poly vinyl alcohol as a binder. The use of the binder was necessary to obtain mechanically strong pellets. The thermal treatment temperature and press pressure were determined as 150 °C and 60 bar for the pellet preparation. Powders were further characterized by thermogravimetric analysis, differential thermal analysis and differential scanning calorimetry. These characterizations have shown that three types of water is present in clinoptilolite: external water, loosely bound water and tightly bound water. Thermal conductivities of these composite pellets prepared were determined using hot plate method. Thermal conductivity of pure matrix clinoptilolite pellets were measured as 0.26 W/mK. Thermal conductivity increased significantly by using aluminum as the second phase while it did not change much for graphite and aluminum hydroxide composites. For composites containing 40% aluminum or aluminum hydroxide or graphite, thermal conductivities of 1.18, 0.50, 0.43 W/mK were measured, respectively. Aluminum containing composites could be used as adsorbent bed materials and by this way, it may increase the performance of adsorption heat pumps.