Yakıt hücreleri için akımsız biriktirme yöntemi ile karbon destekli katalizörlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Synthesis of carbon supported electro-catalyst for fuel cells with electroless deposition and characterization
Yazar: PINAR YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ALİ ATA
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Katalizörler = Catalysts ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Yakıt hücresi teknolojisi içinde PEM (polimer elektrolit membran) yakıt hücrelerinin yüksek verimlilik, düşük sıcaklık ve düşük gürültü özellikleri, yakıt esnekliği, sürekli operasyon özelliği yanında modüler bir yapısının olması nedeniyle bu tür yakıt hücreleri en çekici seçim olmaktadır Bu tür hücrelerde kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümü sağlayan platin katalizörler yakıt hücresinin maliyetini artırarak günlük kullanıma geçmesine mani olmaktadır, Fakat PEM Yakıt Hücrelerinin veriminde en büyük role sahip platin katalizörler yüksek maliyeti sebebiyle bu teknolojiyi aksatmıştır. Bu alanda üstesinden gelinmesi gereken asıl unsur, yakıt hücresi operasyonlarına uygulanabilirliği ve sistem maliyetini düşürmek için, düşük platin yüklemeli katalizörlere, elektrokatalitik aktivite ve yüksek stabilite sağlanmaktır. Elektro-katalizörlerde katalitik aktiviteyi artırmak ve pahalı olan platini daha az ve etkin kullanmak için, geniş yüzey alanına sahip iletken destekler üzerine platin küçük parçacıklar halinde homojen bir şekilde dağıtılır.Bu çalışmada, PEM tipi yakıt hücreleri için akımsız biriktirme metodu kullanılarak karbon destekli Platin temelli katalizörler hazırlanmıştır. Katalizörlerin sentezinde, ikisi kimyasal modifikasyona uğramış üç farklı karbon destek kullanılmıştır. Farklı pH ve sıcaklığın etkisi incelenirken homojen metal dağılımı sağlayabilmek için stabilizatör kullanılmıştır. Ayrıca bazı katalizörler mikrodalga yöntemi ile hazırlanarak bu yöntemin etkisi araştırılmıştır.Potansiyodinamik polarizasyon yöntemi ile oda sıcaklığında 0,5 M H2SO4 çözeltisinde 100 mV/s tarama hızında katalizörlerin elektrokimyasal yüzey alanları (EYA) belirlenirken 1600rpm döngü hızında yine 100 mV/s tarama hızında oksijen indirgenme aktiflikleri tespit edilmiştir. Katalizörlerin mikro yapı analizleri TEM ve EDAX yöntemleryle incelenerek tanecik boyutu, dağılımı ve katalizör bileşenleri belirlenmiştir.

Abstract:
Fuel cells are the most significant part of hydrogen cycle with converting hydrogen to electrical energy via electrochemical method. PEMFC(polimer electrolyt membrane fuel cell) with their higher efficiency, low heat and noise features, fuel flexibility, continuous operation and modularity are an attractive choice. But so far this technology has been hobbled by the high cost of the platinum catalysts which have the biggest role for the total efficiency of PEMFC. Carbon supported platinum or platinum alloys are generally used as the cathodic electrocatalysts in PEMFC to enchance the O2 reduction reaction. Main challenges to be addressed in this area are the high electrochemical activity and high stability maintenance for low-Pt loading catalysts toward the feasibility for fuel cell operation and reduction of the system cost. To increase catalytic activity in electro catalysts and use expensive platinum in a small amount and effective way, platinum is dispersed uniformly onto conductive supports having large contact area in the form of small size.In this thesis, A study related with the synthesis of Pt/C(Platin/Carbon) catalysts, which are used in PEM fuel cell, from three different carbon supports, which of two are chemically modified, at three different pH and two different temperatures with electroless deposition method was used Also a stabilizer is used for homogenous dispersion. Besides these microwave method is used for different carbon supports.The electrochemical surface areas of the catalysts were found under the condition of 0,5 M H2SO4 electrolyte, room temperature, by cyclic voltammetric measurements at 100 mV/s scanning velocity. In addition to this, oxygen reduction activities at 100 mV/s and different rotations at 1600 rpm were found. Particle size and distribution via TEM(Transmission Electron microscope) and catalyst components as qualitative via EDX(Energy Dispersive X-ray) were determined.