Pem elektrolizörlerdeki oksijen oluşum reaksiyonlarında kullanılmak üzere endüstriyel kesici takım atıklarından kompozit anot katalizörü geliştirilmesi
The development of composite anode catalyst from industrial cutting tool waste for pem electrolyzers' oxygen evolution reactions
Yazar: İLAYDA NUR UZGÖREN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET FATİH KAYA
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Polimer Elektrolit Membran (PEM) su elektrolizör teknolojisinde malzeme seçiminin oksijen oluşum reaksiyonlarına (OER) üzerindeki etkisi büyük bir öneme sahiptir. Atık malzemelerin OER için katalizör olarak geri dönüştürülmesi katalizör maliyetlerinin düşürülmesine yönelik yenilikçi bir yaklaşım sunmuştur. Yüksek maliyetli saf IrO2'nin yerine daha ekonomik destek malzemeleri eklenerek katalizör maliyetleri azaltılmıştır. Bu çalışma, atık tungsten karbür-kobalt (WC−Co) tel çekme haddelerinin geri dönüştürülerek PEM su elektrolizörlerinde kullanılabilen bir OER katalizörü olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla WC−Co tel çekme haddeleri elektroliz yöntemiyle geri kazanılarak tungsten trioksit (WO3) elde edilmiştir. IW-x (0 ≤ x ≤ 100) ağırlık yüzdelerine sahip kompozit katalizörler hazırlanarak, (I, W ve x sırasıyla IrO2, WO3 ve Ir ağırlık yüzdesidir) IW-75, IW-50 ve IrO2 katalizörleri OER performansları için araştırılmıştır. Yapılan elektrokimyasal çalışmalarda doğrusal taramalı voltametri (LSV) sonuçlarına göre, IW-75 katalizörünün, saf IrO2 katalizörüne göre %15,03 daha yüksek akım yoğunluğuna sahip olduğu görülmüştür. Tafel polarizasyon eğrisinde, IW-75'in korozyon potansiyeli artarken aşırı potansiyel değeri 1,2 kat azalmıştır. Bu çalışma ile atık WC−Co tel çekme haddeleri kullanılarak elde edilen bileşik oksitlerin saf IrO2 ile kompozit haline getirilmesi neticesinde PEM su elektrolizörlerindeki anot katalizörü maliyetinin %25'ten fazla azaltılabileceği görülmüştür. Bu sayede literatüre atık malzemelerin geri dönüşümü ile katalizör maliyetlerinin düşürülmesi konusunda yenilikçi bir yaklaşım sunulmuştur.
Anahtar Kelimeler: WC−Co Atık Hadde, Sürdürülebilir Elektrokimyasal Katalizör, Kompozit Metal Oksitler, PEM Su Elektrolizörleri, Oksijen Oluşum Reaksiyonları.

Abstract:
Polymer Electrolyte Membrane (PEM) water electrolyzers technology, the impact of material selection on oxygen evolution reactions (OER) has great importance. Recycling waste materials as catalysts for OER offers an innovative approach to reducing catalyst costs. Costs can be reduced by using affordable support materials instead of expensive pure IrO2. In this study, scrap tungsten carbide-cobalt (WC−Co) wire drawing dies have been recycled and evaluated as an OER catalyst that can be used in PEM water electrolyzers. WC−Co wire drawing dies has been recovered using the electrolysis method to obtain tungsten trioxide (WO3). Composite catalysts with weight percentages of IW-x (0 ≤ x ≤ 100) has been prepared, where I, W, and x represent the weight percentages of IrO2, WO3, and Ir in the mixed composite oxide, respectively. IW-75, IW-50, and IrO2 catalysts are investigated for their OER performance. According to the results of linear sweep voltammetry, the IW-75 catalyst exhibited a 15.03% higher current density than the pure IrO2 catalyst In the Tafel polarization curve, it has been determined that the corrosion potential of IW-75 increased, while the overpotential value decreased by 1.2 times. This study demonstrates that compound oxides obtained from scrap WC−Co and pure IrO2 can reduce the cost of anode catalysts in PEM water electrolyzers by more than 25%. An innovative approach is presented for reducing catalyst costs through the recycling of waste materials.
Keywords: WC−Co Die Scrap, Sustainable Electrochemical Catalyst, Mixed Oxides, PEM Water Electrolyzers, Oxygen Evolution Reactions.