Titanyum, zirkonyum ve lantanyum esaslı hidrojen depolama alaşımlarının elektro-deoksidasyon yöntemiyle üretimi ve elektrot performansının belirlenmesi
Production of titanium, zirconium and lantanium based hydrogen storage alloys by electro-deoxidation technique and determination of electrode performance
Yazar: TUĞBA ORBAY
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ANIK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu araştırmada, titanyum zirkonyum esaslı Ti0,5Zr0,5Ni ve Ti1,85Zr0,15Ni alaşımları ile AB5 tipi hidrojen depolama alaşımı LaNi5 ve La(1-x)TixNi5 (x: ; 0,33; 0,5) alaşımlarının elektro-deoksidasyon yöntemi ile üretimi ve elektrot performansının belirlenmesi incelenmiştir. Ti0,5Zr0,5Ni ve Ti1,85Zr0,15Ni alaşımları CaCl2 elektrolitinde 900ºC'de elektrodeoksidasyon yöntemi ile sentezlenmiş ve sentezlenen alaşımın elektrokimyasal hidrojen depolama özellikleri gözlenmiştir. X-ışını kırınım pikleri, Ti1,85Zr0,15Ni alaşımı için hazırlanan TiO2-ZrO2-NiO karışımındaki stokiyometrik oksitlerin 5 saatlik elektrodeoksidasyon işleminin sonunda Ti3O5, CaTiO3, CaZrO3, Ni ve Ti2O3 yapılarının elde edildiğini göstermiştir. Elektro-deoksidasyon süresinin 10 saate uzatılması, TiO oluşumlarına ve Ti2Ni fazına neden olmakla birlikte 24 saatlik elektro-deoksidasyondan sonra elde edilen alaşım denge Ti2Ni faz yapısıyla ve içindeki çözünmüş Zr'nin maksimum miktarı elde edildiği görülmüştür. Sentezlenen alaşımın maksimum deşarj kapasitesi 200 mAhg-1 elde edilmiştir. Şarj / deşarj çevrim sürelerinin artmasıyla birlikte deşarj kapasitesi
ciddi miktarlarda azaldığı ve bu azalmanın açıklanabilmesi için çeşitli DOD'larda elde edilen EIS verilerine göre, Ti2Ni alaşımının elektrot performansındaki hızlı bozulmanın, elektrot yüzeyindeki gelişmiş bariyer oksit katmanına bağlı olduğu görülmüştür. AB5 tipi hidrojen depolama alaşımı, LaNi5 elektro-deoksidasyon yöntemiyle üretilmiş ve deşarj kapasitesi 223 mAhg-1 elde edilmiştir. LaNi5 alaşımının, deşarj kapasitenin arttırılması amacıyla titanyum ilave edilerek elektro-deoksidasyon yöntemiyle üretilen La(1-x)TixNi5 (x: 0,33, 0,5) alaşımlarının deşarj kapasitesine katkı sağlamamıştır.

Abstract:
In this research, titanium-zirconium-based (Ti0.5Zr0.5Ni and Ti1.85Zr0.15Ni) and AB5 type hydrogen storage alloys (LaNi5 and La(1-x)TixNi5 (x: ; 0,33; 0,5)) were synthesized by the electrodeoxidation method and their hydrogen storage characteristics were determined Ti0.5Zr0.5Ni and Ti1.85Zr0.15Ni alloys were synthesized in the molten CaCl2
electrolyte at 900ºC. The X-ray diffraction peaks indicated that the stoichiometric oxides in TiO2-ZrO2-NiO mixture reduced to Ti3O5, CaTiO3, CaZrO3, Ni and Ti2O3 within 5 h electro-deoxidation process. Extension of the electro-deoxidation time to 10 h caused formations of TiO and equilibrium Ti2Ni phase. After 24 h electro-deoxidation the target alloy consisted of equilibrium Ti2Ni phase structure with the maximum amount of dissolved Zr was obtained. It was observed that the synthesized alloy had maximum discharge capacity of 200 mAhg-1 . Upon increase in the charge/discharge cycles, however, the discharge capacity decayed sharply. According to the gathered EIS data at various depth of discharges, the rapid degradation in the electrode performance of Ti2Ni alloy was attributed to the development of the barrier oxide layer on the electrode surface. LaNi5, which is AB5 type hydrogen storage alloy, was synthesized by electrodeoxidation method and it showed 223 mAhg-1 discharge capacity. Replacing the
part of La with Ti La(1-x)TixNi5 (x: 0,33, 0,5) however, did not contribute to the hydrogen storage performance of this alloy.