Development of different carbon supports for proton exchange membrane fuel cell electrocatalysts
Proton değişim membranlı yakıt pil elektrokatalizörü için değişik karbon destek malzemlerinin geliştirilmesi
- Tez No: 269041
- Danışmanlar: DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN, PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: HCMS karbon desteği, platin, yakıt pili elektrokatalizörü, HCMS carbon support, platinum, fuel cell electrocatalyst
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Proton Değişim Zarlı (PEM) yakıt pili teknolojisi, temiz çevre ve verimli bir sistem sunmasıyla bugünün enerji kaygılarına gelecek vaat eden bir alternatif çözüm sunmaktadır. Yakıt pilinde kullanılan platin (Pt) miktarının azaltılması ticarileşme yolunda gerekli olan yüksek maliyetlerin düşürülmesinde gerekli görülen temel öğelerden biridir. Bu amaçla, gözenekli karbon yapıları yakıt pili elektrokatalizörleri için destek malzemesi olarak alternatif bir çözüm getirmektedir. Aynı zamanda, platin nano parçacıklarının düzenli dağılımını elde etmek için karbon destek malzemesine yüklenen platinin ağırlıkça yüzdesinin arttırılması da gereklidir. Bu tezin amacı da, mezo gözenekli karbon desteği sentezlenmesi ve bunların elektrokatalizörlerinin platin ekleme yöntemi ile hazırlanmasıdır.Bu nedenle, HCMS karbon olarak anılan içi boşluklu mezo gözenek kabuklu karbon desteği, iki değişik karbon kaynağı kullanılarak sentezlenmiştir. İlk yaklaşımda, fenol/paraformaldehit çifti karbon kaynağı olarak kullanılmış ve elde edilen karbonun BET yüzey alanının 1053 m2/g ve BJH adsorpsiyon gözenek çapının 1.046 nm olduğu gözlemlenmiştir.İkinci yaklaşımda da, azo izo butironitril öncü olarak, divinilbenzen de karbon kaynağı olarak kullanılmış ve karbon desteğinin gözenek çapı 3.4 nm'ye kadar çıkartılabilinmiştir.Platinin yapıya eklenmesi, hidrojen hekzakloroplatin (IV) hidrat kimyasalı platin öncü maddesi olarak kullanılarak mikrodalga ısıtma yöntemi ile yapılmıştır. İlk başarı, ticari karbon desteği olan Vulcan XC 72'ye etilen glikol kullanılarak kütlece % 44'lük platin yüklenmesidir. Etilen glikole ek olarak kullanılan hidrazin, sodyum borhidrat ile de HCMS karbon desteğinde % 34'lük yüklemeye kadar çıkılabilinmiştir. Dolayısıyla, kütlece % 34, % 31 ve % 28'lik Pt/HCMS elektrodları hazırlanmıştır. Hazırlanan elektrodların platin nanoparçacık boyutları % 28'lik Pt/HCMS için 4 nm, % 32'lik Pt/HCMS için 4.2 nm ve % 34'lük Pt/HCMS için 4.5 nm olarak XRD analiz sonuçlarına göre hesaplanmıştır. Katalizörlerin karakterizasyonları da eks situ (N2 adsorplanması, BET yüzey alanı, TGA, SEM, TEM, döngüsel voltametri) ve in situ (PEM yakıt pili testi) analizleri doğrultusunda incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Proton exchange membrane (PEM) fuel cell technology is promissing alternative solution to today?s energy concerns providing clean environment and efficient system. Decreasing platinum (Pt) content of fuel cell is one of the main goals to reduce high costs of fuel cell technology in the way of commercialization. In this target, porous carbons provide an alternative solution as a support material for fuel cell electrocatalysts. It is also essential to increase surface area of carbon support material to have well dispersion of the Pt nanoparticles. The aim of this thesis is to synthesize mesoporous carbon supports named as hollow core mesoporous shell (HCMS) carbon and prepare their corresponding electrocatalysts with platinum impregnation method.HCMS carbon supports were synthesized by using two different carbon sources. As a first approach, phenol/paraformaldehyde couples were used and carbon source exhibited 1053 m2/g BET surface area and 1.046 nm BJH adsorption pore diameter. Second approach was to use divinylbenzene (DVB) as a carbon source with an initiator named as azo bis isobuytronitrile (AIBN) differing synthesis criteria. It is observed that using AIBN/DVB, pore sizes increased up to 3.44 nm.Platinum impregnation was conducted by microwave irradiation method using hydrogen hexachloroplatinate (IV) hydrate as a platinum precursor. The first achievement was to increase platinum loading up to 44 wt % on commercial Vulcan XC 72 by using ethylene glycol as a reducing agent. Using different reducing agents such as hydrazine, sodium borohydrate with a combination of ethylene glycol, platinum loading reached up to 34 wt % on HCMS carbon support. Accordingly, 34 wt %, 32 wt % and 28 wt % Pt/HCMS carbon supported electrodes preparation was achieved. The sizes of the platinum nanoparticles were calculated by XRD analysis as 4 nm, 4.2 nm and 4.5 nm for 28 wt %, 32 wt % and 34 wt % Pt/HCMS carbon supported electrodes respectively. Characterizations of catalysts were performed by ex situ (N2 adsorption, TGA, SEM, TEM and Cyclic Voltammetry) and in situ (PEMFC tests) analysis.
Benzer Tezler
- Development of high-performance bimetallic catalysts for proton exchange membrane fuel cell
Proton değişim membranlı yakıt hücresi için yüksek performanslı bimetallik katalizör geliştirilmesi
MOGDAM GASSY HUSSEIN AL-TEMEMY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiAtılım ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. YILSER DEVRİM
- Development of a composite materials based fuel cell through modeling and experimental studies
Kompozit malzemelere dayalı bir yakıt pilinin modelleme ve deneysel çalışmalarla geliştirilmesi
GÜVENÇ UMUR ALPAYDIN
Doktora
İngilizce
2021
EnerjiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN
PROF. DR. YILSER DEVRİM
- Farklı destek malzemeleri ile hazırlanmış kobalt fitalosiyanin katalizörünün üretimi karakterizasyonu ve pem yakıt pili performansının incelenmesi
Production characterization and the proton exchange membrane fuel cell performance analyses of cobalt phthalocyanine catalyst prepared with different support materials
SÜMEYYE DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMİZ GÜLTEKİN AKAY
DOÇ. DR. MEHMET SÜHA YAZICI
- Nano boyutlu modifiye katalizörler üzerinde alkollerin elektrooksidasyonu
Electrooxidation of alcohols on nanosized modified catalysts
MÜGE CİVELEKOĞLU ODABAŞ