PEM yakıt hücreleri için katot katalizörlerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada PEM(Polimer Elektrolit Membran) yakıt hücrelerinin katot kısmında kullanılmak üzere oksijenin indirgenmesi reaksiyonunda katalitik aktiviteyi arttırmak ve maliyeti düşürmek amacıyla poliol yöntemi ile nano boyutta Pt içeren iki ve üç metalli elektrokatalizörler sentezlenmiştir. Poliol yöntemi mikrodalga teknolojisi kullanılarak geliştirilmiş, hem zamandan hem de harcanan enerjiden kazanç sağlanarak üretim maliyetleri düşürülmüştür. Geliştirilmiş olan bu yöntemle çok küçük parçacık büyüklüğüne sahip, karbon destek malzemesi üzerine çok iyi dağılmış, dolayısıyla katalitik aktiviteleri yüksek elektrokatalizörler elde edilmiştir. Elde edilen elektrokatalizörlerin döngülü voltametri yöntemi ile aktif yüzey alanları ve pürüzlülük katsayıları saptanarak karşılaştırılmıştır. Elektrokatalizörlerin oksijenin indirgenmesi reaksiyonu için gösterdiği aktiviteleri ve bu reaksiyonların kinetikleri döner disk elektrot tekniği ile ölçülmüştür. Mikrodalga ile geliştirilmiş poliol yöntemiyle elde edilmiş olan elektrokatalizörlerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonları geçirimli elektron mikroskobu (TEM), X-ışınları kırılım (XRD) ve termalgravimetrik analiz (TGA) ile gerçekleştirilmiştir.

In this thesis, nano sized Pt-based binary and ternary electrocatalysts are synthesized via polyol method in order to decrease the cost and increase the activity of cathode catalysts in PEM(Proton Exchange Membrane) fuel cells. Polyol method is tried to improve with microwave technology to able to reduce energy and time expended. The electrocatalysts with narrow size distribution is observed. They were well dispersed on carbon support material which shows very high catalytic activity towards ORR. Electroactive surface areas and roughness factors of the synthesized electrocatalysts are calculated from hidrogen adsorption/desorption charges of the cycling voltammograms obtained in supporting electrolyte. The current densities corresponding to ORR of carbon supported Pt-based binary and ternary electrocatalysts are measured via rotating disc electrode technique and the ORR kinetics are calculated from the polarization curves. Physical and chemical characterizations of electrocatalysts which are synthesized via microwave assisted-polyol method are made with transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraciton (XRD) and thermalgravimetric analysis (TGA).