Pem yakıt hücresi katotunda kullanılmak üzere platinin ikili alaşımlarının farklı yöntemlerle sentezi, karakterizasyonu ve elektrokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Characterization and investigation of electocatalytical properties of different methods synthesis, platinum binary catalysts in order to be used at the cathode of a pem fuel cell
Yazar: NİDA ARAS
Danışman: PROF. DR. F.ÇİĞDEM GÜLDÜR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Platin = Platinum ; X ışını kırınımı = X ray diffraction ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Yakıt hücreleri kimyasal enerjinin yüksek verimde kullanılabilir elektrik enerjisine dönüşümünü sağlayan cihazlardır. Birçok farklı tipe sahip olan yakıt hücrelerinin en çok tercih edileni PEM (polimer elektrolit membran) yakıt hücresidir. Bir çok avantajından dolayı önümüzdeki yıllarda fosil yakıtlara alternatif enerji kaynağı olarak kullanılabilir en uygun adaydır. PEM yakıt hücresinin ticari yaygınlık kazanmasının önünde duran en büyük engel pahalı platin bazlı elektrokatalizörlerin kullanımını gerektirmesidir. Ayrıca, hücreden alınan verimi önemli ölçüde düşüren katottaki oksijenin indirgenmesi reaksiyonunun yüksek hızda ve dönüşümde gerçekleştirmenin zorluğudur.Bu çalışmada, PEM yakıt hücresi anodundaki OİR reaksiyonunun elektrokatalizinde kullanılabilecek ucuz ve etkin katalizörlerin sentezlenmesi amaçlanmıştır.Katalizörler, platinin Ag, Cu ve Fe geçiş metalleri ile oluşturduğu katalizörlerin, karbon destek üzerinde, sodyum bor hidrür ile indirgeme normal karıştırıcı ve sodyum bor hidrür ile indirgeme ultrasonik karıştırıcı yöntemleri ile hazırlanmıştır. XRD ve döngülü voltametri yöntemleri ile karakterize edilmiştir.İlk aşamada Pt-Fe/C 6:1 katalizörü hazırlanmıştır. Partikül boyutu mekanik karıştırma yöntemi ile emdirme yöntemi ile hazırlanan katalizörde 2,52 nm bulunurken ultrasonik karıştırma yöntemi ile emdirme yöntemi ile hazırlanan katalizörde 1,78 nm bulunmuştur. CV sonucunda ultrasonik karıştırıcı katalizöründe elektroaktif yüzey alanı 2.5 katı daha yüksek çıkmıştır. PtFe/C-61 katalizörünün sonokimyasal sentez yöntemi kullanılarak hazırlanan katalizörün XRD sonucunda amorf yapı elde edilmiştir. İkinci aşamada mekanik karıştırma yöntemi ile emdirme yöntemi ve ultrasonik karıştırma yöntemi ile emdirme yöntemi kullanılarak toplam 18 katalizör hazırlanmıştır. Partikül boyutu 1,78 ile 6,78 nm arasında hesaplanmıştır.XRD ve CV incelemeleri sonucunda partikül boyutu; 2,58 nm, pikin altında kalan yük miktarı; 2,894 mC, elektroaktif yüzey alanı; 476,85 cm2/mg, kütle aktivitesi; 256,60 mA/mgPt ve özgül aktivitesi; 0,538 mA/cm2 olan ultrasonik karıştırma yöntemi ile emdirme yöntemi ile hazırlanan PtCu/C-11 katalizörü platinin yerine kullanılabilir bulunmuştur.

Abstract:
Fuel cells are devices that directly convert the chemical energy to electrical energy . Within many types of fuel cells, PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cell is the most prefferred one. Indeed, PEM fuel cell is the most promising candidate as an energy source thanks to its advantages. One of the major problems in front of the commercialization of PEM fuel cell is that they need the use of very expensive platinum based electrocatalysts. Furthermore, the voltage produced by PEM fuel cell is limited by the low kinetic rate of the oxygen reduction reaction (ORR) occuring at the cathode.In this study, it was aimed to develop cheap and active catalysts that can be used in the electrocatalysis of the ORR reaction at the cathode of the PEM fuel cell.The catalysts were prepared by depositing the catalysts of platinum with the transition metals; Ag, Cu and Fe on carbon support by wet impregnation reduction (sodium bor hydrate with standart mixer) and (sodium bor hydrate with ultrasonic mixer) .In first stage, Pt-Fe/C 6:1 catalyst was prepared. Particul sizes were found 2,52 nm with ultrasonic mixer and 1,78 nm with standart mixer. CV results were found 2.5 times better than standart mixer. But, cyristal shape of ultrasonic mixer using catalyst found amorphe. In second stage, totally 18 catalyst prepared with two methods. Particule sizes were calculated between 1,78 and 6,78 nm.XRD and CV analyzed particule size; 2,58 nm ve amount of load; 2,894 mC, electroactive surface area; 476,85 cm2/mg, mass activity; 256,60 mA/mgPt, spesific activity; 0,538 mA/cm2 best result found in PtCu/C-11 with ultrasonic mixer catalyst.