Metanolle çalışan yakıt pilleri için nano boyutta anot katalizörlerinin geliştirilmesi
Development of nano sized anode catalysts for direct methanol fuel cell
Yazar: TUĞBA ATILAN ARIKAN
Danışman: PROF. DR. FİGEN KADIRGAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektrokatalizör = Electrocatalyst ; Elektrokimyasal indirgeme = Electrochemical reduction ; Elektrokimyasal oksidasyon = Electrochemical oxidation ; Elektrokimyasal ölçümler = Electrochemical measurements ; Oksitlenme reaksiyonları = Oxidation reactions ; Yakıt hücreleri = Fuel cells ; Yakıt hücreleri = Fuel cells ; Yakıt kullanımı = Fuel usage ; Yakıt performansı = Fuel performance ; Yakıt tüketimi = Fuel consumption

Özet:
Çalışmanın ilk kısmında Pt-Pd bazlı ikili ve üçlü karışım ve alaşımlar nano boyutta sentezlenerek karakterize edilmiştir. Sentezlenen katalizörlerin fiziksel (yüzey alanı ,parçacık büyüklüğü vb.) ve kimyasal özelliklerinin (alaşım yüzdesi, kristal yapısı, aktif yüzey alanı vb.) karakterizasyonu XRD, TEM and XPS teknikleri ile yapılmıştır. İkinci kısımda ise oda sıcaklığında CO gazına karşı katalizörlerin davranışı ( adsorpsiyonu ve desorpsiyonu) incelenmiştir. Üçüncü olarak metanolün oksidasyonu farklı katalizörler üzerinde çeşitli sıcaklıklarda incelenmiş, reaksiyon kinetiği belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla aktivasyon enerjisi, tafel eğrileri, başlangıç oksidasyon potansiyeli, döngüsel voltametri, CO sıyırma yöntemi gibi elektrokimyasal yöntemler kullanılmıştır. Son olarak katalizörlerin doğrudan metanol yakan tek hücreler içinde performans testleri yapılmış, bu performans sonuçları ticari katalizörlerin performansları sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada metanolün yükseltgenme hızının arttırılması için; metanol oksidasyonu sırasında katalizör yüzeyine tutunan ara ürünlerin oluşmasına engel olacak verimi yüksek nano boyutta bir katalizör geliştirilmeye çalışılmış ve böylelikle yakıt pilinin performansının artması sağlanmıştır. Böylece katalizör maliyeti düşürülmeye çalışılmıştır.

Abstract:
In the first part of the experiment; binary and ternary Pt- Pd based alloys and mixtures were prepared in nano-sized (particle size). Chemical (alloy composition, crystal structure, active surface area etc.) properties of the catalysts were determined with the XRD, TEM and XPS techniques. In the second part of the study; CO tolerance of electrodes were investigated in the supported electrolyte saturated with CO at room temperature. Electrooxidation of methanol was studied on different catalysts at different temperatures. Catalysts activities will be tested towards to methanol oxidation. In order to investigate the electrokinetic properties and the effect of catalyst on fuel cell performance, parameters like activation energy, tafel slope, onset oxidation potential were determined by cyclic voltammetry, CO stripping voltammetry, chronoamperometry. Prepared catalysts performance were tested in single cells and compared with commercial catalysts toward methanol oxidation. In this study, to improve the oxidation rate of methanol, a high yield of nano-sized catalysts have been trying to develop for preventing the adsorption of intermediate products on to the catalysts surface and thereby increase at the performance of fuel cells have been achieved. So that the catalyst cost has been trying to reduced.