PEM yakıt pilleri için metal oksit destekli katalizör geliştirilmesi
Development of metal oxide supported catalyst for PEM fuel cells
Yazar: MEHMET KORAY ÇELİK
Danışman: DOÇ. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alüminyum oksit = Aluminum oxide ; Katalizörler = Catalysts ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Yakıt pilleri kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren elektrokimyasal araçlardır. Polimer elektrolit membran (PEM) yakıt pilleri, artan enerji ihtiyacının karşılanması için, alternatif olarak son yıllarda oldukça ilgi görmektedir. PEM yakıt pillerinin ticarileştirilebilmesini engelleyen bazı önemli noktalar bulunmaktadır. Bunlar su yönetiminin sağlanamaması, pil performansının yetersiz olması, karbon destekli katalizörlerde meydana gelen karbon korozyonu ve ticarileşme için maddi olarak yüksek değerlere sahip olmasıdır. Bu çalışmada PEM yakıt pili katalizörlerinde meydana gelen karbon korozyonunu azaltmak için yaygın kullanılan karbon destek malzemesine ilave olarak kimyasal olarak dayanıklı, pilde meydana gelebilecek oksidasyonlara ve kullanılan katalizörlerin bozunmalarına karşı dirençli olan farklı yüzey alanlarına sahip TiO2 ve Al2O3 destek malzemeleri hazırlanmıştır. Daha sonra mikrodalga yöntemiyle kütlece %20 Platin (Pt) katalizörler sentezlenerek hazırlanan katalizörlerin yakıt pillerinin katot tarafında kullanılmış ve pil performanslarına bakılmıştır. Sentezlenen bu katalizörlerin XRD, TEM, SEM-EDS ve BET analizleri ile karakterizasyonları yapılmıştır. Sentezlenen katalizörler arasında Al2O3'ün destek malzemesi olarak kullanıldığı pillerde her iki karbon yükleme oranında düşük yüzey alanlı Al2O3 (2) ile hazırlanan piller, yüksek yüzey alanlı Al2O3 (1) içeren pillerden daha iyi performans sonucu vermiştir. Buna ek olarak, kıyaslama yapılan bütün şartlarda sentezlenen TiO2'nin Al2O3'ten daha iyi pil performans sonucu verdiği görülmüştür. Hibrit destek malzemelerinde elektriksel iletkenliği sağlayan malzeme miktarının önemi gözlenmiş ve farklı yüzey alanlarının ve malzemelerin yakıt pili performansı üzerine olan önemli etkisi bulunmuştur.

Abstract:
Fuel cells are the electrochemical tools that are converting chemical energy directly into electrical energy. Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells, attract intensive attention in the recent years as an alternative for fulfilling the rising need of energy. There are some important points which are preventing PEM fuel cells from being commercialized. These are failure of water management, insufficient cell performance, the carbon corrosion in carbon-reinforced catalysts, and high prices of commercialization. In this work, in addition to the commonly used carbon support material, TiO2 and Al2O3 support materials which are chemically stable, and have different surface areas that are resistant to oxidation of cells and degeneration of the catalysts used, are prepared in order to reduce the carbon corrosion happening in carbon-reinforced catalysts. Afterwards, the catalysts with 20 percentage by mass Platinum (Pt) synthesized by microwave method are used in the cathode part of fuel cells and the cell performance is observed. The synthesized catalysts were characterizated by means of XRD, TEM, SEM-EDS, and BET analysis. Although the fuel cells supported with Al2O3 (2) has a lower surface area than the fuel cell supported with than Al2O3 (1), it shows better performance. Additionally, when the fuel cells supported with TiO2 compared with the fuel cells supported with Al2O3, it shows better fuel cell performace under the different work conditions. Importance of the amount of materials that provide electrical conductivity in hybrid support materials has been observed and the important effect of the materials on the performance of fuel cells has been investigated.