PEM elektrolizörlerde oksijen oluşum reaksiyonu için gaz difüzyon elektrotu geliştirilmesi
Development of gas diffusion electrode for oxygen evolution reaction in PEM electrolysers
- Tez No: 827352
- Danışmanlar: PROF. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: PEM Elektrolizör, Gaz Difüzyon Elektrotu, Eklemeli Üretim, Elektrokimyasal Kaplama, İnce Film Kaplama, PEM Electrolyzer, Gas Diffusion Electrode, Additive Manufacturing, Electrochemical Coating, Thin Film Coating
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 181
Özet
Bu tez çalışmasında, Polimer Elektrolit Membran (PEM) Elektrolizörler'de akışı dağıtan gaz difüzyon elektrotları (GDE) olarak bilinen ve yaygın olarak kullanılan Ti mesh üzerine platin (Pt) kaplı elektrotlara alternatif bir elektrot geliştirilmesi incelenmiştir. Özellikle düşük maliyetli bir yöntem olan eklemeli üretim (EÜ) teknolojisi olarak bilinen üç boyutlu (3D) baskı yöntemi ile elektrotlar hazırlanmıştır. İlk olarak elektrotlar geçiş metalleri (Ni ve Cu) kullanılarak farklı sıcaklıklarda elektrokimyasal yöntemle kaplanmıştır. Ardından, ince film yöntemi ile farklı kalınlıklarda Pt ile kaplanmıştır. Elektrotların elektrokimyasal ölçümleri farklı teknikler kullanılarak 0,5M H2SO4 içerisinde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, PP/Cu-50 ve BM/Ni-50 elektrotların oksijen oluşum reaksiyonu (OER) için en iyi kinetik performansı sağladığını göstermiştir. 50oC'de kaplanmış elektrotların 30oC'de kaplanmış elektrotlara göre ortalama yaklaşık 1,75 kat daha fazla akım çektiği belirlenmiştir. İnce film yöntemi ile farklı kalınlıklarda Pt kaplanmış 3D baskılı elektrotların OER için kinetik aktivitelerinin kaplanmamış elektrotlara göre daha iyi ve korozyon dirençlerinin daha düşük olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, Pt kaplanmış 3D baskılı elektrotların 1.7 V'taki akım yoğunluğunun kaplanmamış elektrotlara göre yaklaşık 14 kat arttığı ve böylece farklı kalınlıklarda Pt ile kaplanmış elektrotların OER için kinetik aktivitelerinin iyileştiği gözlenmiştir. Bu sayede yüksek maliyetli olan elektrotların istenilen tasarımlara uygun olarak kolay ve hızlı bir şekilde üretimi sağlanan 3D baskı yöntemi ile hazırlanması ve farklı metallerle kaplanarak OER elektrotu olarak kullanılması literatüre kazandırılmıştır.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to investigate the development of an alternative electrode to platinum (Pt) coated electrodes on Ti mesh, which is widely used and known as gas diffusion electrodes (GDE) that distributed flow in Polymer Electrolyte Membrane (PEM) Electrolyzers. Electrodes are prepared with the three-dimensional (3D) printing method known as additive manufacturing (AM) technology, which is especially a lowcost method. First, the 3D printed electrodes are electrochemically coated at different temperatures using transition metals (Ni and Cu). Then, it is coated with Pt in different thicknesses by thin film method. Electrochemical measurements of the 3D printed electrodes are carried out in 0.5M H2SO4 using different techniques. The results showed that PP/Cu-50 ve BM/Ni-50 electrodes provided the best kinetic performance for the oxygen evolution reaction (OER). It has been determined that electrodes coated at 50oC have drawn around 1.75 times more current than electrodes coated at 30oC. It is also determined that Ni and Cu coated electrodes have exhibited a lower overpotential when compared to uncoated electrodes. Moreover, it is observed that the current density of Pt coated 3D printed electrodes at 1.7 V increased around 14 times compared to the uncoated electrodes, and so kinetic activities for OER of the electrodes coated with Pt in different thicknesses are improved. In this way, the preparation of high-cost electrodes with the 3D printing method, which is produced easily and quickly in accordance with the desired designs, and their use as OER electrodes by coating with different metals are brought to the literature.
Benzer Tezler
- Hidrojen üretimi için kompozit elektro-katalizör sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of composite electro-catalyst for hydrogen production
ARDA ZARRABI
Doktora
Türkçe
2020
EnerjiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİYAZİ ALPER TAPAN
- Pem elektrolizörlerdeki oksijen oluşum reaksiyonlarında kullanılmak üzere endüstriyel kesici takım atıklarından kompozit anot katalizörü geliştirilmesi
The development of composite anode catalyst from industrial cutting tool waste for pem electrolyzers' oxygen evolution reactions
İLAYDA NUR UZGÖREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET FATİH KAYA
- Development of transition metal incorporated iridium oxide electrocatalyst and electrodes for oxygen evolution reaction (OER) in membrane based electrolyzers
Membran bazlı elektrolizörlerde oksijen evrim tepkimesi (OER) için geçiş metali katkılı iridyum oksit elektrokatalizör ve elektrot geliştirilmesi
BAHADIR PATIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALP YÜRÜM
PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- PEM elektrolizörlerde kullanılan anot gaz difüzyon elektrotlarında akış davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow behavior in anode gas diffusion electrodes used in PEM electrolyzers
SÜLEYMAN UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FATİH KAYA
- PEM elektrolizörün sayısal modellemesi ve deneysel doğrulanması
Numerical modeling and experimental validation of PEM electrolyzer
SAFİYE NUR ÖZDEMİR