PEM elektrolizörlerde oksijen oluşum reaksiyonu için gaz difüzyon elektrotu geliştirilmesi
Development of gas diffusion electrode for oxygen evolution reaction in PEM electrolysers
Yazar: BULUT HÜNER
Danışman: PROF. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrotlar = Electrodes

Özet:
Bu tez çalışmasında, Polimer Elektrolit Membran (PEM) Elektrolizörler'de akışı dağıtan
gaz difüzyon elektrotları (GDE) olarak bilinen ve yaygın olarak kullanılan Ti mesh
üzerine platin (Pt) kaplı elektrotlara alternatif bir elektrot geliştirilmesi incelenmiştir.
Özellikle düşük maliyetli bir yöntem olan eklemeli üretim (EÜ) teknolojisi olarak bilinen
üç boyutlu (3D) baskı yöntemi ile elektrotlar hazırlanmıştır. İlk olarak elektrotlar geçiş
metalleri (Ni ve Cu) kullanılarak farklı sıcaklıklarda elektrokimyasal yöntemle
kaplanmıştır. Ardından, ince film yöntemi ile farklı kalınlıklarda Pt ile kaplanmıştır.
Elektrotların elektrokimyasal ölçümleri farklı teknikler kullanılarak 0,5M H2SO4
içerisinde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, PP/Cu-50 ve BM/Ni-50 elektrotların oksijen
oluşum reaksiyonu (OER) için en iyi kinetik performansı sağladığını göstermiştir.
50oC'de kaplanmış elektrotların 30oC'de kaplanmış elektrotlara göre ortalama yaklaşık
1,75 kat daha fazla akım çektiği belirlenmiştir. İnce film yöntemi ile farklı kalınlıklarda
Pt kaplanmış 3D baskılı elektrotların OER için kinetik aktivitelerinin kaplanmamış
elektrotlara göre daha iyi ve korozyon dirençlerinin daha düşük olduğu belirlenmiştir.
Ayrıca, Pt kaplanmış 3D baskılı elektrotların 1.7 V'taki akım yoğunluğunun
kaplanmamış elektrotlara göre yaklaşık 14 kat arttığı ve böylece farklı kalınlıklarda Pt ile
kaplanmış elektrotların OER için kinetik aktivitelerinin iyileştiği gözlenmiştir. Bu sayede
yüksek maliyetli olan elektrotların istenilen tasarımlara uygun olarak kolay ve hızlı bir
şekilde üretimi sağlanan 3D baskı yöntemi ile hazırlanması ve farklı metallerle
kaplanarak OER elektrotu olarak kullanılması literatüre kazandırılmıştır.Anahtar Kelimeler: PEM Elektrolizör, Gaz Difüzyon Elektrotu, Eklemeli Üretim,
Elektrokimyasal Kaplama, İnce Film Kaplama.

Abstract:
The aim of this study is to investigate the development of an alternative electrode to
platinum (Pt) coated electrodes on Ti mesh, which is widely used and known as gas
diffusion electrodes (GDE) that distributed flow in Polymer Electrolyte Membrane
(PEM) Electrolyzers. Electrodes are prepared with the three-dimensional (3D) printing
method known as additive manufacturing (AM) technology, which is especially a lowcost method. First, the 3D printed electrodes are electrochemically coated at different
temperatures using transition metals (Ni and Cu). Then, it is coated with Pt in different
thicknesses by thin film method. Electrochemical measurements of the 3D printed
electrodes are carried out in 0.5M H2SO4 using different techniques. The results showed
that PP/Cu-50 ve BM/Ni-50 electrodes provided the best kinetic performance for the
oxygen evolution reaction (OER). It has been determined that electrodes coated at 50oC
have drawn around 1.75 times more current than electrodes coated at 30oC. It is also
determined that Ni and Cu coated electrodes have exhibited a lower overpotential when
compared to uncoated electrodes. Moreover, it is observed that the current density of Pt
coated 3D printed electrodes at 1.7 V increased around 14 times compared to the uncoated
electrodes, and so kinetic activities for OER of the electrodes coated with Pt in different
thicknesses are improved. In this way, the preparation of high-cost electrodes with the 3D
printing method, which is produced easily and quickly in accordance with the desired
designs, and their use as OER electrodes by coating with different metals are brought to
the literature.Keywords: PEM Electrolyzer, Gas Diffusion Electrode, Additive Manufacturing,
Electrochemical Coating, Thin Film Coating.