Metanol yakıt hücreleri için modifiye elektrot sistemlerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada doğrudan metanol yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere platin (Pt) bazlı modifiye elektrot sistemleri geliştirilmiştir. Modifikasyon işlemi, elektrokimyasal ön işlem ve elektrokimyasal Pt kaplama olarak iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Elektrokimyasal ön işlem ile kalem ucu grafit elektrodun (KUG) yüzey morfolojisi elektrokimyasal Pt kaplama prosesi için daha uygun hale getirilmiştir. Elektrokimyasal Pt kaplama prosesi ise Pt'nin indirgenmesi için kullanılan klasik potansiyel aralığından (0V:-1V) daha geniş bir potansiyel aralıkta (2V:-1V) gerçekleştirilmiştir. Geniş potansiyel aralıkta gerçekleştirilen Pt kaplama prosesi KUG'un kaplama esnasında eş zamanlı olarak yükseltgenmesine neden olmuştur. Bu da elektrot yüzeyindeki fonksiyonel grup miktarı ve elektrodun iletkenliğini arttırdığı için elektrot yüzeyine daha fazla Pt kaplanmasını sağlamıştır. Kaplanan Pt miktarının artması ile elde edilen modifiye KUG elektrodun metanol oksidasyonuna yönelik aktivitesinin önemli oranda arttığı görülmüştür. Elektrokimyasal kaplama işleminin geniş potansiyel aralıkta uygulanması ile klasik elektrokimyasal Pt kaplama işleminin metanol oksidasyonuna yönelik aktiviteleri kıyaslandığında 4,8 katlık, hidroklorik asit ve lityum perklorat karışımı ile uygulanan elektrokimyasal ön işlem ile 3,4 katlık bir artış elde edilmiştir. Optimum koşullarda hazırlanan modifiye KUG elektrotla ise 57,7 katlık bir artış gözlenmiştir. Hazırlanan Pt bazlı modifiye elektrodun kararlılığının literatüre oranla oldukça yüksek olduğu saptanmıştır. Son olarak hazırlanan modifiye elektrodun elektrokimyasal yüzey alanı 39,46 m2g-1 olarak hesaplanmıştır. Bu değer ticari Pt/C katalizörün elektrokimyasal yüzey alanı (24,8 m2g-1) ile kıyaslandığında %59 oranında daha fazla olduğu görülmüştür. Elde edilen verilerden, önerilen modifikasyon işleminin doğrudan metanol yakıt hücrelerinde ağırlıklı olarak kullanılan Pt bazlı katalizörler için hızlı ve kolay uygulanabilir alternatif bir katalizör hazırlama yöntemi olabileceği sonucuna varılmıştır.

In this study, platinum (Pt) based modified electrode systems were developed to use in direct methanol fuel cells. The modification process was carried out in two steps as electrochemical pretreatment and electrochemical Pt coating. Electrochemical pretreatment led to the formation of more suitable surface on pencil graphite electrode (PGE) for the electrochemical Pt coating. The electrochemical Pt coating process was carried out in a larger potential range (2V:-1V) than the conventional potential range (0V:-1V) used for the reduction of Pt. Pt coating process which was performed in a wide potential range resulted the simultaneous oxidation of the PGE during the coating. This increased the amount of the functional group on the electrode surface and the conductivity of the electrode which increased the amount of Pt coating on the electrode surface. It was observed that the methanol oxidation activity of the modified PGE increased significantly. When the electrochemical Pt coating was performed in wide potential range, the methanol oxidation activitiy of the modified electrode increased 4.8 times according to the classical electrochemical Pt coating. The methanol oxidation activity of the modified electrode was also increased 3.4 times by the electrochemical pretreatment which was performed in the mixture of hydrochloric acid and lithium perchlorate. At optimal conditions, the increase in the activity of the electrode reached to 57.7 times. It was observed that the prepared Pt based modified electrode had high stability according to the literature. Finally, the electrochemical surface area was calculated as 39.46 m2g-1. This value was 59% higher than the commercial Pt/C catalyst (24.8 m2g-1). The results show that the proposed modification process can be a rapid and easily applicable alternative catalyst preparation method for the Pt based catalysts which are used in direct methanol fuel cells.