Solvo-termal yol ile Ni2B sentez koşullarının belirlenmesi ve erimiş karbonatlı yakıt hücresi anot materyali olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
Determination of Ni2B synthesis conditions with solvo-thermal path and investigation the availability as a molten carbonate fuel cell anode material
Yazar: ERDİ BAŞARIR
Danışman: PROF. DR. GÜLAY ÖZKAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Geçiş metalleri = Transition metals

Özet:
Temiz enerji sistemleri olarak dikkat çeken erimiş karbonatlı yakıt hücreleri, hidrojen saflığı gereksinimi olmayan, doğal gaz ve hidrokarbonların yakıt olarak kullanılabilme potansiyeline sahip hücrelerdir. Nikel borür, sıvı faz reaksiyonlar için yüksek mikro-sertliğe, kararlılığa, seçimliliğe ve aktiviteye sahip olması nedeniyle özellikle hidrojenasyon tepkimelerinde endüstriyel katalizörler olarak anılmaktadır. Bu tez kapsamında solvo-termal yol ile sentezlenen nikel borürün, erimiş karbonatlı yakıt hücresi anot materyali şeritlerine katkı yapılarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Nikel borür sentezi için nikel klorür hekzahidrat tuzunun sodyum bor hidrür ile indirgenmesi gerçekleştirilmiştir. Tepkime sonucu olarak hem nikel borür elde edilmiştir hem de yakıt hücresinde enerji taşıyıcı olarak kullanılabilecek hidrojen üretilmiştir. Tepkimede kullanılan reaktör solvo-termal koşulların sağlanması amacıyla 350 °C'de 20 saat bekletilmiştir. Elde edilen nikel borür, erimiş karbonatlı yakıt hücresi için hazırlanan ham şerit reçetesine % 1, % 2 ve % 3 oranlarda eklenmiştir. Ham şeritler sinterlenerek anot şeritler elde edilmiştir. SEM analizleri sonucunda ortalama parçacık boyutunun katkısız anot şeritte, % 1, % 2 ve % 3 nikel borür katkılı anotlar şeritlerde sırasıyla 4,4 µm, 3,4 µm, 3,7 µm ve 4,1 µm olduğu hesaplanmıştır. XPS sonuçlarına göre 0 °C sıcaklıkta stokiyometrik oranda sodyum bor hidrür beslemesi yapılan deneyde Ni-B atomik oranı 2:1 bulunmuş ve karşılaştırılan diğer numunelere göre en yüksek bor oranı bu numunede elde edilmiştir. EDAX sonuçlarına göre nikelin yüzde atomik oranı  katkısız anot şeritte, % 1, % 2 ve % 3 nikel borür katkılı anotlar şeritlerde sırasıyla % 44,34, % 69,23, % 80,29 ve % 83,13 olarak bulunmuştur.

Abstract:
Molten carbonated fuel cells are notable as clean energy systems and do not need pure hydrogen as fuel, and can use natural gas and hydrocarbons as fuel. Nickel boride is referred as catalysts for hydrogenation reactions, because of its high micro-hardness, chemical and thermal stability, selectivity and activity for liquid phase reactions. In this thesis, use of nickel boride which was synthesized by solvo-thermal route has been investigated by adding to molten carbonate fuel cell anode strips. Reduction reaction of nickel chloride hexahydrate salt with sodium borohydride was performed for nickel boride synthesis. Result of reaction, both nickel boride and hydrogen were produced. Reactor was kept at 350 °C for 20 hours to provide solvo-thermal conditions. Obtained nickel boride was added to anode raw strips receipt at % 1, % 2 and ,% 3. Raw strips were subjected to sintering operation and anode strips are obtained. As a result of SEM analysis, average particle size for pure nickel stripe, % 1, % 2 and % 3  nickel boride anode strips was calculated as 4,4 μm, 4,1 μm, 3,7 μm and  3,4 μm respectively. According to XPS results, Ni-B atomic ratio was found as 2:1 in experiment which sodium borohydride was fed at stoichiometric ratio at 0 °C and highest boride ratio was obtained in this sample. According to EDAX results atomic percent of nickel for pure nickel stripe, % 1, % 2 and % 3  nickel boride anode strips was found % 44,34, % 69,23, % 80,29 and %83,13 respectively.