Platinum nanoparticles supported with graphene nanoplatelets and hybrid carbon materials designed as electrocatalysts for PEM fuel cells
PEM yakıt hücreleri için elektrokatalizör olarak dizayn edilmiş grafen nanoplatelet ve hibrit karbon malzemeleri ile desteklenen platin nanoparçacıkları
- Tez No: 488370
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, YRD. DOÇ. DR. ŞÖLEN KINAYYİĞİT GARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Polimer Electrolit Membranlı Yakıt Hücreleri (PEMFC), çevre dostu, yüksek güç performansı ve ölçeklendirilebilinir olmalarından dolayı en çok gelecek vaadeden elektrokimyasal dönüşüm araçlarından biridir. Bu özellikleri sayesinde PEM yakıt pillleri son yıllarda daha da geliştirilmiş ve özellikle verimini arttırmak için son zamanlarda yoğun çalışmalar yapılmıştır. Bu pillerin ticarileştirilmesi önündeki en büyük engel, PEM yakıt pilinin maliyet ve performans açısından en önemli parçası olan Membran Elektrot Bileşkesi'dir (MEA). Bu yüzden, MEA'nın performansını arttırırken maliyeti azaltmak ve bu kısımda degradasyon oranını düşürmek çok önemlidir. Platin (Pt), üstün özelliklerinden dolayı uygun bir karbon desteğiyle bütünleşik halde elektrotlarda gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyonlarda heterojen katalizör olarak görev yapar. Bu karbon desteklerinden en çok kullanılan karbon siyahıdır (Vulcan XC-72) fakat bu destek malzemesi kimyasal kontaminasyon, işletim sıcaklığı, voltajı vb. PEM yakıt pilinin uygulama şartlarından etkilenip hızlı degrade olmaktadır. Grafen, yüksek mekanik gücü, geniş yüzey alanı, iletkenliği ve iyi katalitik özelliği gibi benzersiz özellikleriyle nanomalzeme dünyasının en önemli buluşlarından biridir ve son zamanlarda çeşitli uygulamalarda destek malzemesi olarak değerlendirilmektedir. Yapılan bu çalışmada, üç farklı karbon destekli Pt Nanoparçacıkları (NPs), Pt/CB NPs (CB: Karbon Siyahı), Pt/GNP NPs (GNP: Grafen Nanoplatelet) ve Pt/CB-GNP Nanopartikülleri (Karbon Siyahı ve Grafen Nanoplatelet hibrit destek malzemesi (50:50)), organometalik sentez yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Bu sentez yönteminde Ptx(dba)y kompleksi uygun görülen saf veya hibrit haldeki destek malzemesi üzerinde H2 gazının ortamında ve ılıman koşullarda bozunuma uğramıştır. Elde edilen malzemeler Raman Spektroskopisi, X-Işını Spektroskopisi (XRD), Yüksek Çözünürlüklü Geçirgen Elektron Mikroskobu (HRTEM) ve Brunauer-Emmett-Teller (BET) ile karakterize edilmiştir. Bunun yanısıra Dögüsel Voltametri (CV) tekniği ile hem elektrokimyasal karakterizasyonları hem de elektrokimyasal yüzey alanı hesaplamaları (ECSA) yapılmıştır. Oksijen indirgeme tepkimeleri (ORR), döner disk elektrodu (RDE) ile analiz edilmiştir. Son olarak, üretilen katalizörlerin yakıt hücresi performansları Schribner 850e Yakıt Pili Test İstasyonu ile test edilmiştir. Bu üç katalizör arasından hibrit yapıdaki Pt/CB-GNP NPs hem yapısal hem de elektrokimyasal performans açısından en gelecek vaadeden malzeme olmuştur.
Özet (Çeviri)
Polymer Electrolyte Membrane.Fuel.Cell (PEMFC) is.one.of.the.most.promising electrochemical conversion devices thanks to its environmental friendly structure, high power density and scalability. These properties of PEMFC let its development in the recent years and many efforts are towards increasing its efficiency nowadays. The major drawback for the commercialization of PEMFC is the corrosion in Membrane.Electrode Assembly.(MEA) unit which is the heart of the PEMFC in terms of cost and efficiency. Therefore, it is vital to lower its cost by increasing the performance of the electrodes while decreasing the degradation in the MEA. Platinum (Pt) is generally used as the catalyst embedded on a proper carbon support due to its unique properties for the.electrochemical.reactions.to.occur.on.the.electrodes. Among the carbon supports, Carbon Black (Vulcan XC-72).has.been.commercially.used as a carbon support.for.the.Pt catalyst but this support material is easily affected from the operation conditions of PEMFCs originating from chemical contamination, operating temperature, voltage, etc. Graphene, with its superior properties such.as.high mechanical strength, highxsurface area, goodxconductivity andxcatalytic activity is one of the most important discoveries in the nanomaterial world and has been recently investigated as a support material for various applications. In this study, three different carbon supported Pt Nanoparticles (NPs), namely Pt/CB NPs (CB: Carbon Black), Pt/GNP NPs (GNP: Graphene Nanoplatelets), Pt/CB-GNP NPs (hybrid support material of Carbon Black and Graphene Nanoplatelets (50:50)), were synthesized by using the organometallic synthesis method. In this method, Ptx(dba)y complex has been decomposed on the chosen pure or hybrid carbon support material in the presence of H2 gas under mild reaction conditions. The resulting materials were fully characterized by using Raman Spectroscopy, X-Ray Diffraction Spectroscopy (XRD), High.Resolution.Transmission.Electron.Microscopy (HRTEM) and Brunauer-Emmett-Teller (BET). The Electrochemical characterization and the electrochemical surface area (ECSA) calculations were made by the cyclic.voltammetry.(CV) technique. Oxygen.Reduction.Reactions.(ORR) were run using a Rotating Disc Electrode (RDE). Finally, the fuel cell performances of the chosen catalysts were tested using a Scribner 850e Fuel Cell Test Station. Among the three catalysts compared, the hybrid Pt/CB-GNP NPs were the most promising material as an electrocatalyst, in terms of both the structural properties and the electrochemical performance.
Benzer Tezler
- PtCu nanoparticles supported with graphene derived materials: Synthesis,characterization and their use as electrocatalysts in PEM fuel cells
Grafen türevli malzemelerle destekli PtCu nanopartiküller; sentez, karakterizasyon ve PEM yakıt pillerinde elektrokatalizör olarak kullanımları
ZEYNEP AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiNanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞÖLEN KINAYYİĞİT GARANLI
- Development of graphene supported catalyst nanoparticles for polymer electrolyte membrane (pem) fuel cells
Polimer elektrolit membranlı yakıt pilleri için grafen destekli nanoparçacık katalizörlerin geliştirilmesi
VİLDAN BAYRAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
EnerjiSabancı ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Vulcan karbona tutturulmuş platinyum nanopartiküllerinin amonyak –boranın metanolizindeki katalitik etkinlikleri
Platinum nanoparticles assembled on vulcan carbon for hydrogen generation from methanolysis of ammonia borane
ELİF ŞEKİ DEMİRCİ
- Preparation and characterization of Pt nanocatalysts supported by thiourea-treated GO nanoparticles: The application to anodic process of DMFC
Tiyoüre ile işlemden geçirilmiş GO nanoparçacıkları ile desteklenen Pt nanokatalizörlerinin hazırlanması ve karaterizasyonu: Doğrudan metanol yakıt hücrelerinin anodik sürecine uygulanması
TOPRAK SEDA KARAOSMANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLSÜN GÖKAĞAÇ ARSLAN
- Şarj edilebilir lityum bataryalar için yüksek performanslı elektrot malzemelerinin geliştirilmesi
Development of high performance electrode materials for the rechargable lithium batteries
MELİKE SEVİM YILMAZ
