Gas diffusion electrodes based on carbon and graphene for PEM fuel cell
PEM yakıt pilleri için karbon ve grafen esaslı gaz difüzyon elektrotlarının geliştirilmesi
- Tez No: 470650
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Bu tez çalışmasında gaz difüzyon elektrotlarının (GDE) tüm bileşenleri geliştirilmiştir. İlk kısımda, yeni karbon ve selüloz lif asaslı kompozit gaz difüzyon tabakası (GDT) çevre dostu bir yöntem olan 'yaş serim' yöntemi ile üretilmiştir. Elektriksel iletken kompozit GDT'ler mükemmel esneklikte, homojenlikte ve gözenekli yapıda elde edilmiştir. Ticari AvCarb®MGL karbon kağıt ile karşılaştırıldığında, kompozit GDT özellikle düşük sıcaklıkta benzer güç çıktısı sağlamıştır. Bu tezin ikinci kısımda, yeni elektrokatalizörler, Pt nanoparçacıklarının, çeşitli oranlarda karıştırılmış indirgenmiş grafen oksit (iGO) ve karbon siyahından (KS) oluşan hibrit destek üzerinde tek basamaklı bir yöntem olan microdalga radyasyonu ile geliştirilmiştir. KS ise iGOyapraklarının tekrar yığılmasını engellemek için aralayıcı malzeme olarak kullanılmıştır. Düşük KS içerikli (kütlece %25) Pt/iGO-KS hibriti diğer Pt/ iGO ve Pt/KS katalizörlere kıyasla daha iyi elektrokatalitik aktivite ve 0.4 mg/cm2 Pt yüklemesinde 1091 mW cm-2 maksimum güç yoğunluğu eldesi ile daha üstün PEM yakıt hücresi performansı göstermiştir. Üçüncü kısımda isegrafen ve grafen-KS hibritleri kullanılarak elektrospreyleme ile PEM yakıt hücresi için yepyeni katalizör tabakaları (KT) geliştirilmiştir. Elektrospreylenmiş KT homojen ve küçük parçacık boyutlu Pt dağılımı sağlamıştır ve grafen-KS hibritlerinin katılması ile yüksek iletkenlikte ve gözenekli yapıda katalizör tabakası elde edilmiştir. Yaygın olarak kullanılan spreylemiş KT ile elektrospreylenmiş KT'nin PEM yakıt hücresi performansları karşılaştırılmış ve elektrospreylenmiş KT'nin daha iyi güç çıktısı verdiği görülmüştür. Nispeten düşük katalizör yüklemesinde (0.2 mgPt/cm2 )elektrospreylenmiş elektrotlar için maksimum güç yuğunluğu, 441 mW cm-2 iken hava-spreylenmiş elektrot için 327 mW cm-2 olarak elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
All the components of gas diffusion electrodes (GDE) of PEM fuel cells were developed in this thesis. In the first part, new carbon and cellulose fiber-based composite gas diffusion layer (GDL) were developed for PEM fuel cell by using a green and environmentally friendly 'wet-laying' process and electrically conducting composite GDLs with excellent flexibility, uniformity, and porosity were achieved. Moreover, PEM fuel cell performance of the fabricated composite GDL was investigated. It was determined that these GDLs exhibited similar power output especially at low temperature compared to commercial carbon paper. In second part of the thesis, novel electrocatalysts comprising Pt nanoparticles impregnated on reduced graphene oxide (rGO) and carbon black (CB) hybrid carbon supports with varying ratios were developed by using rapid one-pot microwave irradiation. CB was used as an intercalating agent to avoid restacking of rGO sheets. Pt/rGO-CB hybrid electrocatalyst with low CB content (25% wt.) delivered superior electrocatalytic activity and fuel cell performance and power output (max. power density 1091 mW cm-2 ) compared to those of Pt/CB and Pt/rGO with 0.4 mgPt/cm2 loading. In third part of the thesis, a novel catalyst layer (CL)containing Pt/graphene and Pt/graphene–CB hybrids by electrospraying for PEM fuel cells were developed. Electrosprayed CL provided uniform and small size Pt distribution, and with introducing graphene-CB hybrids highly conductive and porous catalyst layer was achieved. Compared to conventional air-sprayed CL, electrospayed CL was showed better PEM fuel cell performance with the max. power densities of 441 mW cm-2 for electrosprayed electrode, and 327 mW cm-2 for air- sprayed electrode, were obtained at a relatively low Pt loading (0.2 mgPt/cm2).
Benzer Tezler
- Investigation of the catalytic performance of tin nanowires produced by aluminum anodic oxide template method for electrochemical CO2 reduction
Alüminyum anodik oksit şablon yöntemiyle üretilen kalay nanotellerin elektrokimyasal CO2 redüksiyonuna yönelik katalitik performansinin i̇ncelenmesi
DİLAN ER GÖNÜL
Doktora
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Karbon destekli polianilin elektrotta karbondioksitin indirgenmesi
Reduction of carbon dioxide on carbon supported polyaniline electrode
RUKAN SUNA KARATEKİN
- RSM optimizasyonu ile çörekotu (Nigella Sativa L.) atık biyokütlesi-esaslı üretilen aktif karbon kullanılarak uçucu organik bileşiklerin giderilmesi ve fotovoltaik uygulamalarının incelenmesi
Examination of volatile organic compounds removal and photovoltaic applications using activated carbon derived from black cumin (Nigella Sativa L.) waste biomass through RSM optimization
EBRU BATUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiSiirt ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN KUTLUAY
- Development of iron-rich anode materials for lithium-ion battery technology from local FeCr alloys
Yerli FeCr alaşımlarından lityum iyon pil teknolojisi için demirce zengin anot malzemelerinin geliştirilmesi
MEHMET FERYAT GÜLCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLLUR DENİZ KARAHAN