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
- Tez No: 840595
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET FATİH KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: WC−Co Atık Hadde, Sürdürülebilir Elektrokimyasal Katalizör, Kompozit Metal Oksitler, PEM Su Elektrolizörleri, Oksijen Oluşum Reaksiyonları, WC−Co Die Scrap, Sustainable Electrochemical Catalyst, Mixed Oxides, PEM Water Electrolyzers, Oxygen Evolution Reactions
- 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: 84
Özet
Polimer Elektrolit Membran (PEM) su elektrolizör teknolojisinde malzeme seçiminin oksijen oluşum reaksiyonlarına (OER) üzerindeki etkisi büyük bir öneme sahiptir. Atık malzemelerin OER için katalizör olarak geri dönüştürülmesi katalizör maliyetlerinin düşürülmesine yönelik yenilikçi bir yaklaşım sunmuştur. Yüksek maliyetli saf IrO2'nin yerine daha ekonomik destek malzemeleri eklenerek katalizör maliyetleri azaltılmıştır. Bu çalışma, atık tungsten karbür-kobalt (WC−Co) tel çekme haddelerinin geri dönüştürülerek PEM su elektrolizörlerinde kullanılabilen bir OER katalizörü olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla WC−Co tel çekme haddeleri elektroliz yöntemiyle geri kazanılarak tungsten trioksit (WO3) elde edilmiştir. IW-x (0 ≤ x ≤ 100) ağırlık yüzdelerine sahip kompozit katalizörler hazırlanarak, (I, W ve x sırasıyla IrO2, WO3 ve Ir ağırlık yüzdesidir) IW-75, IW-50 ve IrO2 katalizörleri OER performansları için araştırılmıştır. Yapılan elektrokimyasal çalışmalarda doğrusal taramalı voltametri (LSV) sonuçlarına göre, IW-75 katalizörünün, saf IrO2 katalizörüne göre %15,03 daha yüksek akım yoğunluğuna sahip olduğu görülmüştür. Tafel polarizasyon eğrisinde, IW-75'in korozyon potansiyeli artarken aşırı potansiyel değeri 1,2 kat azalmıştır. Bu çalışma ile atık WC−Co tel çekme haddeleri kullanılarak elde edilen bileşik oksitlerin saf IrO2 ile kompozit haline getirilmesi neticesinde PEM su elektrolizörlerindeki anot katalizörü maliyetinin %25'ten fazla azaltılabileceği görülmüştür. Bu sayede literatüre atık malzemelerin geri dönüşümü ile katalizör maliyetlerinin düşürülmesi konusunda yenilikçi bir yaklaşım sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Polymer Electrolyte Membrane (PEM) water electrolyzers technology, the impact of material selection on oxygen evolution reactions (OER) has great importance. Recycling waste materials as catalysts for OER offers an innovative approach to reducing catalyst costs. Costs can be reduced by using affordable support materials instead of expensive pure IrO2. In this study, scrap tungsten carbide-cobalt (WC−Co) wire drawing dies have been recycled and evaluated as an OER catalyst that can be used in PEM water electrolyzers. WC−Co wire drawing dies has been recovered using the electrolysis method to obtain tungsten trioxide (WO3). Composite catalysts with weight percentages of IW-x (0 ≤ x ≤ 100) has been prepared, where I, W, and x represent the weight percentages of IrO2, WO3, and Ir in the mixed composite oxide, respectively. IW-75, IW-50, and IrO2 catalysts are investigated for their OER performance. According to the results of linear sweep voltammetry, the IW-75 catalyst exhibited a 15.03% higher current density than the pure IrO2 catalyst In the Tafel polarization curve, it has been determined that the corrosion potential of IW-75 increased, while the overpotential value decreased by 1.2 times. This study demonstrates that compound oxides obtained from scrap WC−Co and pure IrO2 can reduce the cost of anode catalysts in PEM water electrolyzers by more than 25%. An innovative approach is presented for reducing catalyst costs through the recycling of waste materials.
Benzer Tezler
- PEM elektrolizörlerde oksijen oluşum reaksiyonu için gaz difüzyon elektrotu geliştirilmesi
Development of gas diffusion electrode for oxygen evolution reaction in PEM electrolysers
BULUT HÜNER
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
- 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
- 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