Doğrudan metanol yakıt pillerinde kullanılacak yeni katalizörlerin hazırlanması ve tanımlanması
Preparation and characterization of novel catalysts to be used in direct methanol fuel cells
Yazar: İREM FIRTINA
Danışman: PROF. DR. İSMAİL BOZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Türkçe Özet: Yakıt hücreleri, metanolün oksidasyonu ve oksijenin indirgenmesi reaksiyonuyla kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir.Bu çalışmada, doğrudan metanol yakıt hücreleri (DMYH) için anot tarafında kullanılacak PtCo/C, PtNi/C, PtV/C ve PtCoNi/C katalizörleri poliol ve hidrazin ile indirgeme yöntemiyle hazırlanmıştır.Katalizörlerin metanolün oksidasyonundaki karşı performansı asidik ortamda ve oda sıcaklığında denenmiş ve Pt/C katalizörü ile karşılaştırılmıştır. Elektrokimyasal ölçümler siklik voltametre, doğrusal taramalı voltametre ve kronoamperometre ile yapılmıştır. Hidrazin ile indirgeme sonucu hazırlanan PtNi/C katalizör ve poliol yöntemle 1,2 propandiol kullanılarak hazırlanan PtCo/C katalizör, metanol oksidasyonu reaksiyonunda daha yüksek aktivite göstermiştir.Katalizörlerin yapı ve morfoloji tayini X-ışını diffraktometresi cihazında gerçekleştirilmiştir. Bütün X-ışını kırınım desenlerinde (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) ve (3 1 1) (hkl) konumlarında kübik kristalin yapısındaki platine ait dört karakteristik pik gözlenmiştir. Katalizörlerin kristalit boyutları Scherrer denklemi ile hesaplanmıştır. XRD kırınım desenlerinde kobalt, nikel veya vanadyuma ait piklere rastlanmamıştır. Bu durum çok düşük miktarlarda ve amorf yapıda ortamda bulunmalarına bağlanabilir.Anot tarafı için, hazırlanan dört katalizör kullanılarak gaz difüzyon tabakaları oluşturulmuştur. Yakıt hücresinin katot tarafı için ise ticari Pt/C katalizör kullanılmıştır. Katalizör tabakalarının yüzeyi taramalı elektron mikroskobunda (SEM) analiz edilmiştir. SEM-EDS analizi ile, katalizörün karbon kağıdı üzerinde yaklaşık uniform olarak dağıldığı anlaşılmıştır. Literatürdeki SEM görüntüleri ile bu çalışmadaki görüntüler karşılaştırıldığında benzer görüntüler elde edilmiştir.Anot ve katot için hazırlanan gaz difüzyon tabakaları ile membran elektrot assemblisi (MEA) oluşturulmuş ve DMYH test ünitesinde analizi yapılmıştır. Oluşturulan performans eğrisinde anot tarafında PtNi/C H1-E.G katalizörün kullanıldığı MEA daha yüksek akım yoğunluğuna ve maksimum güce ulaşmıştır.

Abstract:
Yabancı Dildeki Özet: Fuel cell is a system which converts chemical energy to electrical energy from an oxidation-reduction reaction of methanol and oxygen.In this study, PtCo/C, PtNi/C, PtV/C and PtCoNi/C catalysts were prepared by polyol method and hydrazine reduction of metal precursors to use on anode side of direct methanol fuel cells.The electrochemical performance of the catalysts for the methanol electrooxidation in acidic media at room temperature is evaluated and compared with that of a Pt/C catalyst. Electrochemical measurements were carried out by using cyclic voltammetry, lineer sweep voltammetry and choronoamperometry. PtNi/C catalyst which was prepared by hydrazine reduction and PtCo/C catalyst which was prepared by polyol method with using 1,2 propandiol showed much higher catalytic activity towards methanol oxidation in anodic reactions.The structure and morphology of the catalysts were analyzed using X-Ray diffractometer. All XRD patterns show the four main characteristic peaks of the face-centered cubic (fcc) cristalline structure of Pt, namely the planes (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) and (3 1 1). No peaks for pure cobalt, nickel, vanadium and its oxides were found, but their presence can not be discarded because they may be present in very small amount or even in an amorphous form.Gas diffusion layers were composed by using as-prepared four electrocatalysts for anode side and commercial Pt/C catalyst was used for cathode side of fuel cell. Catalyst layer surfaces were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and we understood by EDS analysis that catalysts were spread uniformly on a carbon paper. Compared with SEM images of literature and this study, similar images were obtained.Membran electrode assembly were composed by prepared-gas diffusion layers for anode and cathode and they were analyzed by DMFC test unit. MEA with PtNi/C H1-E.G catalyst for anode side reached much higher current density and maximum power.