PEM elektrolizörlerde oksijen oluşum reaksiyonu için gaz difüzyon elektrotu geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, Polimer Elektrolit Membran (PEM) Elektrolizörler'de akışı dağıtangaz difüzyon elektrotları (GDE) olarak bilinen ve yaygın olarak kullanılan Ti meshüzerine platin (Pt) kaplı elektrotlara alternatif bir elektrot geliştirilmesi incelenmiştir.Özellikle düşük maliyetli bir yöntem olan eklemeli üretim (EÜ) teknolojisi olarak bilinenüç boyutlu (3D) baskı yöntemi ile elektrotlar hazırlanmıştır. İlk olarak elektrotlar geçişmetalleri (Ni ve Cu) kullanılarak farklı sıcaklıklarda elektrokimyasal yöntemlekaplanmıştır. Ardından, ince film yöntemi ile farklı kalınlıklarda Pt ile kaplanmıştır.Elektrotların elektrokimyasal ölçümleri farklı teknikler kullanılarak 0,5M H2SO4içerisinde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, PP/Cu-50 ve BM/Ni-50 elektrotların oksijenoluşum reaksiyonu (OER) için en iyi kinetik performansı sağladığını göstermiştir.50oC'de kaplanmış elektrotların 30oC'de kaplanmış elektrotlara göre ortalama yaklaşık1,75 kat daha fazla akım çektiği belirlenmiştir. İnce film yöntemi ile farklı kalınlıklardaPt kaplanmış 3D baskılı elektrotların OER için kinetik aktivitelerinin kaplanmamışelektrotlara göre daha iyi ve korozyon dirençlerinin daha düşük olduğu belirlenmiştir.Ayrıca, Pt kaplanmış 3D baskılı elektrotların 1.7 V'taki akım yoğunluğununkaplanmamış elektrotlara göre yaklaşık 14 kat arttığı ve böylece farklı kalınlıklarda Pt ilekaplanmış elektrotların OER için kinetik aktivitelerinin iyileştiği gözlenmiştir. Bu sayedeyüksek maliyetli olan elektrotların istenilen tasarımlara uygun olarak kolay ve hızlı birşekilde üretimi sağlanan 3D baskı yöntemi ile hazırlanması ve farklı metallerlekaplanarak OER elektrotu olarak kullanılması literatüre kazandırılmıştır.Anahtar Kelimeler: PEM Elektrolizör, Gaz Difüzyon Elektrotu, Eklemeli Üretim,Elektrokimyasal Kaplama, İnce Film Kaplama.

The aim of this study is to investigate the development of an alternative electrode toplatinum (Pt) coated electrodes on Ti mesh, which is widely used and known as gasdiffusion electrodes (GDE) that distributed flow in Polymer Electrolyte Membrane(PEM) Electrolyzers. Electrodes are prepared with the three-dimensional (3D) printingmethod known as additive manufacturing (AM) technology, which is especially a lowcost method. First, the 3D printed electrodes are electrochemically coated at differenttemperatures using transition metals (Ni and Cu). Then, it is coated with Pt in differentthicknesses by thin film method. Electrochemical measurements of the 3D printedelectrodes are carried out in 0.5M H2SO4 using different techniques. The results showedthat PP/Cu-50 ve BM/Ni-50 electrodes provided the best kinetic performance for theoxygen evolution reaction (OER). It has been determined that electrodes coated at 50oChave drawn around 1.75 times more current than electrodes coated at 30oC. It is alsodetermined that Ni and Cu coated electrodes have exhibited a lower overpotential whencompared to uncoated electrodes. Moreover, it is observed that the current density of Ptcoated 3D printed electrodes at 1.7 V increased around 14 times compared to the uncoatedelectrodes, and so kinetic activities for OER of the electrodes coated with Pt in differentthicknesses are improved. In this way, the preparation of high-cost electrodes with the 3Dprinting method, which is produced easily and quickly in accordance with the desireddesigns, and their use as OER electrodes by coating with different metals are brought tothe literature.Keywords: PEM Electrolyzer, Gas Diffusion Electrode, Additive Manufacturing,Electrochemical Coating, Thin Film Coating.