Development and characterization of LSMA:LCMx (x= Al, Co and Fe) perovskite oxides for hydrogen production by two-step thermochemical water splitting
İki aşamalı termokimyasal su ayrıştırma yöntemiyle hidrojen üretimine yönelik LSMA:LCMx (x= Al, Co and Fe) perovskit oksitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 929361
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BERKE PİŞKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: İki-Aşamalı Termokimyasal Su Ayrıştırma, LSMA, LCMx, Çift-Perovskit, Farklı-arayüz, Hidrojen Üretimi, Two-Step Thermochemical Water Splitting, LSMA, LCMx, Dual-Perovskite, Heterointerface, Hydrogen Production
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hidrojen, yüksek enerji yoğunluğu ile fosil yakıtlara alternatif olarak değerlendirilmektedir. Ancak hidrojenin tam potansiyeliyle kullanılmasının önünde fosil kaynaklı üretime bağımlılıktan kaynaklanan ekonomik ve çevresel engeller bulunmaktadır. Bu proje, saf hidrojenin tek başına üretilmesine olanak veren termokimyasal süreçlere dayalı iki-aşamalı su ayrıştırma yöntemini konu almaktadır. Çalışmada, yüksek redoks kapasitesine sahip (<10:1, MOx-H2), hızlı reaksiyon kinetiği sergileyen ve termal döngüler sırasında yapısal olarak kararlı metal oksitlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Perovskit oksitler, yüksek yapısal kararlılıkları, esnek katkılama/alaşımlama, stokiyometrik olmayan oksijen boşluğu oluşumu, kompozisyon çeşitliliği ve diğer malzemelere kıyasla düşük maliyetleri nedeniyle TWS'de kullanılabilecek en ideal metal oksitlerdir. Bu baplamda çalışmada, La1-xSrxMnyAl1-yO3-SLMA (Sr=0,4-0,6, Al=0,4-0,6) ve La1-xCaxMnyAl1-yO3-LCMA (Ca=0,4-0,8, Al=0,4-0,8), LCMF (Ca=0,4-0,8, Fe=0,4-0,8) ve LCMC (Ca=0,4-0,8, Co=0,4-0,8) kompozisyonlarını içeren toplamda 36 adet farklı perovskit oksit sentezlenmiş ve bu kompozisyonlar, termokimyasal döngü reaksiyonlarında (Tred=~1400 °C, Toks=~800 °C) değerlendirilmiştir. Etkin hidrojen üretiminin hedeflendiği çalışmada görece yüksek hidrojen üretimi sağlayan oksitler aday kompozisyon olarak belirlenmiştir. Bu aday kompozisyonlar ile farklı-arayüz oluşumunun hidrojen üretimi üzerindeki etkisinin irdelenebilmesi için 27 farklı LSMA:LCMA, LSMA:LCMF ve LSMA:LCMC perovskit çifti kompozit yapıda üretilmiştir. Üretilen kompozit yapıdaki çift-perovskitler iki-aşamalı termokimyasal su ayrıştırma deneylerinde test edilmiş ve hidrojen üretim kapasitelerine göre değerlendirilmiştir. Bu yaklaşımla çalışmada iki farklı perovskit oksitten oluşan kompozit katalizörler ile görece yüksek hidrojen üretim kapasitelerinin elde edilmesi hedeflenmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda öne çıkan monolitik yapılı 9 farklı perovskit çifti çoklu çevrimlerde tekrar değerlendirilmiş, artan döngülerdeki hidrojen üretimleri ve yapısal kararlılıkları irdelenmiştir. Ele alınan kompozisyonlar arasından 155,54 µmol/g'lik ilk çevrim üretim değeri ile LSMA6464-LCMF6482 en yüksek hidrojen üretimi sağlayan perovskit çifti olmuştur. Bu kompozisyon 3. çevrim sonucunda performansını %57,14 oranında korumuştur. Bu kompozisyonu 131,47 µmol/g ve 127,09 µmol/g değerleriyle LSMA6446-LCMF6446 ve LSMA6455-LCMF6464 kompozisyonları takip etmiştir. Çift perovskitlerin tekrar oksitlenme performansları karşılaştırıldığında LSMA6446-LCMF6482 çift perovskitinin ilk çevrimde sahip olduğu verimlilik değerini %66,86 koruduğu tespit edilmiştir. Bu kompozisyonu sırasıyla LSMA6455-LCMF6446 (%61,35) ve LSMA6464-LCMF6482 (%57,14) çift perovskitleri takip etmiştir. Yapılan değerlendirmelerde, LSMA-LCMF çift perovskitlerinin görece daha yüksek hidrojen üretimi sağladıkları ve artan çevrimlere karşı daha dayanıklı oldukları anlaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Hydrogen is considered as an alternative to fossil fuels with its high energy density. However, there are economic and environmental obstacles arise due to the dependence on fossil-based production in front of usage of hydrogen with its full potential. This thesis focuses on two-step water splitting based on thermochemical processes that allows pure hydrogen. In the study, it was aimed to develop metal oxides with high redox capacity (<10:1, MOx-H2), exhibiting fast reaction kinetics, and structurally stable during thermal cycles. Perovskite oxides are the most ideal metal oxides that can be used in TWS due to their high structural stability, flexible doping / alloying, non-stoichiometric oxygen vacancy formation, composition variety and low cost compared to other materials. In this regard, a total of 36 different perovskite oxides composed of La1-xSrxMnyAl1-yO3-SLMA (Sr=0.4-0.6, Al=0.4-0.6) and La1-xCaxMnyAl1-yO3-LCMA (Ca=0.4-0.8, Al=0.4-0.8), LCMF (Ca=0.4-0.8, Fe=0.4-0.8) and LCMC (Ca=0.4-0.8, Co=0.4-0.8), were synthesized, and evaluated in thermochemical cycles (Tred=~1400 °C, Tox=~800 °C). The oxides that exhibited relatively high hydrogen production were determined as candidate compositions in the study. 27 different LSMA:LCMA, LSMA:LCMF and LSMA:LCMC dual-perovskite were then produced in monolithic structure in order to investigate the effect of heterointerface on the hydrogen production. Similarly, monolithic dual-perovskites produced were tested in two-step thermochemical water splitting and evaluated according to their hydrogen production. It is aimed to obtain higher hydrogen production capacities by monolithic structures consisting of two different perovskite oxides. 9 different dual-perovskite exhibiting greater hydrogen production according to preliminary studies were re-evaluated in multiple thermochemical cycles to reveal their hydrogen production and structural stability upon larger numbers of cycles. Results revealed that LSMA6464-LCMF6482, among the compositions in question, exhibited the highest hydrogen production with a first cycle production of 155.54 µmol/g. The candidate composition maintained hydrogen production rate by 57.14% following the third cycle. That candidate dual perovskite was followed by LSMA6446-LCMF6446 and LSMA6455-LCMF6464 compositions with the hydrogen production of 131.47 µmol/g and 127.09 µmol/g, respectively. LSMA6446-LCMF6482 dual-perovskite maintained its efficiency up to 66.86% compared to the first cycle. This composition was followed by LSMA6455-LCMF6446 (61.35%) and LSMA6464-LCMF6482 (57.14%) regarding the efficiency. The findings in the study revealed that dual-perovskites composed of LSMA-LCMF exhibit relatively higher hydrogen production and are more resistant to thermochemical cycles.
Benzer Tezler
- Ovulasyon indüksiyonu tedavisinde folliküler gelişimin ultrasonografik takibi
Başlık çevirisi yok
MERİH BAYRAM
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kadın Hastalıkları ve DoğumGazi ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜLAZIM YILDIRIM
- Makro besin elementlerinin (NPK) İzmir'de Mayıs ayında açığa dikilen 4-6 cm çevre büyüklüğündeki Gladiolus cinsine ait“hunting song”ve“Novalüx”kültür çeşitlerinin yumrularının gelişmeleri üzerine etkileri
Başlık çevirisi yok
TAHA ALİ AMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
ZiraatEge ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN HATİPOĞLU
- Sanayi politikaları ve planlı dönemde imalat sanayine etkileri
Başlık çevirisi yok
AHMET CAFOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
EkonomiGazi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YALÇIN EROL
- Pulmoner hipertansiyon etyopatogenezinde prostasiklin ve lökotrien C4'ün rolü
Possible role of leukotrien C4 and prostacyclin in the development of pulmonary hypertension
ÜLKÜ AYBERK
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıGazi ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
- Kurbağa gastrik mukozasında K-H ATPaz enziminin kinetik özellikleri ve oluşturulan ülser modelinde enzim aktivitesi
Başlık çevirisi yok
SEYHAN TÜKEL