PEM yakıt pilleri için saçtırma yöntemi ile elektrot hazırlanması
Electrode prepared by sputtering method for PEM fuel cell
Yazar: MEHMED SELİM ÇÖGENLİ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Yakıt pilleri, bir yakıtın ve bir oksitleyicinin meydana getirdiği kimyasal reaksiyon enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren ve sürekli olarak yakıt ile beslendiğinde elektrik üretimini sağlayan sistemlerdir. Yakıt pillerinin bir çeşidi olan polimer elektrolit membran (PEM) yakıt pilleri düşük çalışma sıcaklıklarından dolayı taşınabilir ve hareketli uygulamalar için çok uygun görülmektedir. PEM yakıt pilinin kalbi sayılan membran elektrot atacı (MEA) yapısında yarı reaksiyonların olduğu elektrotlar pildeki maliyetin çok büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Dünyadaki Pt rezervlerinin hem çok pahalı hemde yakıt pillerinin ticarileşmesi halinde yeterli talebi karşılamayacak olması bilim dünyasını elektrotlarda kullanılan Pt metalinin miktarını azaltacak çalışmalara itmiştir. Bu araştırmada, elektrotlardaki platin miktarını azaltmak için saçtırma yöntemi kullanılarak farklı Pt yüklerinde elektrotlar hazırlanmış ve bu elektrotların karakterizasyon çalışmalarıyla ilgili bilgi verilmiştir. Yüksek yakıt pili performansına ulaşabilmek için saçtırma koşulları ve elektrottaki Pt yükü optimize edilerek hazırlanan MEA'ların yakıt pili denemesi yapılmıştır. En iyi sonuç toplam Pt miktarı (anot ve katot 0.005 mgPt/cm2) 0.01mgPt/cm2 olan MEA'dan 0.6V'ta 4.7W/mgPt olarak elde edilmiş ve saçtırma yönteminin  PEM yakıt pillerinin elektrotlarında Pt miktarını oldukça azaltacak bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: PEM yakıt pili, platin, saçtırma, membran elektrot atacı (MEA)

Abstract:
Fuel cells are representing a system, that directly converts the chemical energy generated from a fuel and an oxidizing agent, into electrical energy, and while constantly supplied with fuel it provides electricity production. Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells that is one type of fuel cells as result of their features such as lower temperature ranges are very appropriate for movable applications. The electrodes with half reactions at the membrane electrode assembly (MEA), which is considered as the heart of the PEM fuel cell, set off the largest scale of the cell cost. The costliness of Pt reserves in the world and the expected deficiency as result of commercialization of fuel cells has prompted the world of science into researches of reducing the amount of Pt used in electrodes. In this research, in order to reduce the amount of platinum used in electrodes, by using the sputtering method, electrodes have been prepared in various Pt loads and information regarding the characterization works of these electrodes has been provided. In order to reach high performance fuel cell, by optimizing the Pt load in the electrodes and sputtering conditions, fuel cells of MEA's have been tested. MEA have 0.01mgPt/cm2 (anode and cathode 0.005mgPt/cm2) exhibited the best performance with 4.7W/mgPt at 0.6V. As a result, sputter is a method that is used on reducing the amount of Pt at PEMFC's electrodes.

Keywords: PEM fuel cell, platinum, sputter, membrane electrode assembly (MEA)