Foto elektrokimyasal hidrojen üretimi uygulamaları için elektrot dizaynı ve performans ölçümü

Abstract

Bu tez kapsamında bilim dünyasında gün geçtikçe daha çok fark edilen, güneşenerjisinin foto elektrokimyasal yöntemler aracılığı ile suyun elektrolizindekullanılması ve böylece hidrojen gazı (H2) üretilmesi üzerinde çalışılmıştır. Hidrojengazı doğada tek başına bulunmadığından üretilmesi gereken enerji taşıyıcısı veyaikincil enerji kaynağıdır. Hidrojen üretiminde geleneksel olarak buhar düzeltimi(steam reforming) ya da kömür gazlaştırma (coal gasification) gibi metotlarkullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler fosil yakıt kullanımı ve dolayısıyla çevreyeverdikleri zarardan ötürü tercih edilmemektedir. Foto elektrokimyasal (photoelectrochemical `PEC`) güneş pilleri ise tamamıyla yenilenebilir kaynakkullanımından ötürü çevre dostu olup temel olarak elektrolit sıvısı içine yerleştirilenfoto aktif elektrotlar üzerinde elektron-boşluk çiftlerinin oluşturulması ile sumoleküllerinin parçalanarak hidrojen ile oksijeni ayırmakta kullanılırlar. Ayrılan buiki gaz daha sonra farklı ortamlarda biriktirilmekte ve toplanmaktadır. Bu çalışmadafoto elektrokimyasal sistemlerde kullanılmak üzere üç farklı foto anot konfigürasyonuve iki farklı elektrolit kullanılmıştır. İndiyum sülfür (In2S3) foto anotlar sprey pirolizyöntemi ile farklı kalınlıklarda kaplanarak 0,5M potasyum sülfat (K2SO4) çözeltisi içinde test edilmiştir. Kimyasal banyo depolama yöntemi ile hazırlanan çinko oksit (ZnO) nano yapılı filmler In2S3 ile kaplanarak foto hassasiyetleri arttırılmış ve bu anotlar 0,25M Na2S + 0,35M Na2SO3 çözeltisi içinde test edilmiştir. Yapılan çalışmalar doğrultusunda In2S3 foto anotların kalınlıklarının ışık soğurma, elektriksel iletkenlik, dayanım gibi özellikleri etkilediği ayrıcakullanılan elektrolit solüsyonunun pH değerinin foto elektrokimyasal verimi doğrudanetkilediği saptanmıştır. Bunların yanı sıra ZnO nano elektrotların In2S3 ile kaplanmasıile fotoakım yoğunluğu dolayısıyla PEC verimi arttırılabilmiştir

Electrolysis of water by using solar energy via photo electrochemical methods andproduction of hydrogen gas are studied by science authority, increasing day by day. Inthis thesis, all studies have same goal with alternative approaches. Hydrogen gascannot stand in nature by itself. Because of that, it must be produced as energy carrierand called secondary energy source. Traditional hydrogen gas production methods aresteam reforming, coal gasification, etc. But all these methods are not preferred becauseof main constituent, fossil fuel, harming and polluting environment. Photoelectrochemical (PEC) solar cells are nature friendly because they are completelyreversible and have photoactive electrodes submerged under electrolyte liquid toproduce electron-hole pair from water molecules decomposed oxygen and hydrogen.Decomposed oxygen and hydrogen gases are accumulated and stored in differentmedium for different usage.In this thesis, three different photo-anode configurations and two different electrolytesolutions were studied to use in photo electrochemical systems. Indium sulfide (In2S3)photo-anodes were produced via spray pyrolysis method with different coatingthickness and tested under 0.5M Potassium Sulfate (K2SO4) solution. Zinc Oxidenanostructure films produced via chemical bath deposition (CBD) method were coated with Indium Sulfide to increase photo sensibility and tested under 0.25MNa2S + 0.35M Na2SO3 Sodium Sulfide solution. Properties of absorption of solarenergy, electrical conductivity, stability, etc. are affected by Indium Sulfide coatingthickness. The other one, pH of the electrolyte solution, directly affects theperformance of photo electrochemical system. The last one, Indium Sulfide coating onZinc Oxide increases the photocurrent density affecting photo electrochemicalperformance.