MoC ince film kaplamaların PEM Tipi Yakıt Hücreleri için korozyon direnç performanslarının araştırılması
Investigation of corrosion resistance performance of MoC thin film coatings for PEM type fuel cells
- Tez No: 951997
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH CEYLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
Bu tez çalışmasında, fosil yakıtların sınırlı doğası ve çevresel etkileri karşısında, sürdürülebilir enerji çözümleri arayışında kritik bir rol oynayan hidrojen teknolojileri kapsamında, PEM yakıt hücrelerinin önemli bir bileşimi olan bipolar plakaların (BP) korozyon direncini artırmak amacıyla geliştirilmiş Molibden karbür (MoC) ince film kaplamaların performansını detaylı bir şekilde incelenmiştir. PEM yakıt hücreleri, çevreci ve yüksek verimli enerji dönüşüm sistemleri olarak dikkat çekmekte olup, özellikle otomotiv ve taşınabilir enerji sistemlerinde yaygın kullanım alanına sahiptir. BP'ler PEM yakıt hücrelerinin toplam yığın ağırlığının %80'ini ve yığın maliyetinin %45'ini oluşturmaktadır. Bu sebepten dolayı BP'lerin önemli bir yeri vardır. BP'ler mükemmel elektriksel iletkenlik, yüksek termal iletkenlik, düşük gaz geçirgenlik ve yüksek korozyon direnci gibi özellikleri olması gerekmektedir. Genellikle BP'ler grafit malzemelerden üretilmektedir. Ancak grafit kırılgan ve işlenmesi zor bir malzemedir. Bu sebepten dolayı grafit yerine metalik malzemeler (özellikle paslanmaz çelik (ing: Stainless Steel (SS))) kullanılmaya başlanmıştır. Ancak metalik BP'ler, PEM'in perflorosülfonik asit ve elektrokimyasal ortamından kaynaklı olarak korozyona eğilimlidir. Bu da yakıt hücresinin performansını düşürmektedir. Bu problemi çözmek için BP'lere koruyucu ve iletken yüzey kaplamalar yapılmaktadır. Bu bağlamda, iletkenliği yüksek, korozyona dayanıklı ve ekonomik kaplama malzemelerinin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. MoC düşük maliyetli, yüksek erime noktası, termal kararlığı, sertliği ve yüksek iletkenlik gibi özelliklerinden dolayı iyi bir korozyon direnç malzemesidir. Bu nedenle MoC, PEM yakıt hücrelerinde kullanılan bipolar plakaların korozyon direncini artırmak için potansiyel bir aday haline gelmektedir. Bu çalışma kapsamında MoC ince filmler, magnetron sputter ile plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) sisteminin birleştirildiği hibrit yöntem ve magnetron co sputter yöntemi kullanılarak, SS, Si ve soda kireç camı (İng: Soda-Lime Glass (SLG)) alttaşları üzerine biriktirilmiştir. Hibrit yöntem ile üretilen filmlerde yapısal bozukluklar gözlemlenirken, magnetron co-sputter yöntemi ile hazırlanan filmler, BP'lerin korozyon direncini artırarak Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı'nın (DOE) belirlemiş olduğu standartları karşılamıştır. MoC ince film kaplamalı paslanmaz çelik (SS) plakalar, kaplanmamış SS plakalara kıyasla ara yüz temas direncinde (ICR) %50 oranında iyileşme sağlamıştır. Ayrıca, potansiyodinamik polarizasyon ölçümleri sonucunda 5,813 × 10⁻⁷ A·cm⁻² gibi oldukça düşük bir korozyon akım yoğunluğu elde edilmiştir. Bu değer, ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) belirlediği
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the performance of molybdenum carbide (MoC) thin film coating developed to enhance the corrosion resistance of bipolar plates (BPs), a crucial component of proton exchange membrane (PEM) fuel cells was examined in detail within the context of hydrogen technologies, which play a critical role in the search for sustainable energy solutions in light of the finite nature and environmental impacts of fossil fuels. PEM fuel cells stand out as environmentally friendly, high efficiency energy conversion systems, with widespread applications in automotive and portable power systems. BPs account for 80 % of the stack's total mass and 45 % of its cost, underscoring their importance. These plates must exhibit excellent electrical and thermal conductivity, low gas permeability, and high corrosion resistance. Although BPs are typically made from graphite, its brittleness and difficulty of machining have led to the adoption of metallic materials particularly stainless steel (SS). However, metallic BPs are prone to corrosion in the perfluorosulfonic acid and electrochemical environment of PEM cells, which degrades fuel cell performance. To address this issue, protective and conductive surface coatings are applied to the BPs. In this context, the development of coating materials that are highly conductive, corrosion resistant, and cost effective is of great importance. MoC is recognized as a good corrosion resistant material due to its low cost, high melting point, thermal stability, hardness, and high conductivity. Therefore, MoC emerges as a potential candidate for enhancing the corrosion resistance of bipolar plates used in PEM fuel cells. In this work, MoC thin films were deposited onto SS, Si, and soda lime glass (SLG) substrates using two different techniques: a hybrid method combining magnetron sputtering with plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and a magnetron co sputter method. While films produced by the hybrid method exhibited structural defects, those prepared by the magnetron co sputter technique met the U.S. Department of Energy's (DOE) standards by improving the corrosion resistance of the BPs. MoC thin film coated SS plates demonstrated a 50% improvement in ICR compared to uncoated SS plates. Furthermore, potentiodynamic polarization measurements revealed a very low corrosion current density of 5.813 × 10⁻⁷ A·cm⁻². This value is approximately one order of magnitude lower than the target set by the U.S. Department of Energy (DOE) (
Benzer Tezler
- Metal-organik çerçeve (MOÇ) katkılı ince film nanokompozit (İFN) membran geliştirilmesi ve gübre tahrikli ileri osmoz (GTİO) uygulaması
Development of metal–organic framework (MOF)-enhanced thin-film nanocomposite (TFN) membranes and their application in fertilizer-drawn forward osmosis (FDFO)
DUYGU OSMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN PAŞAOĞLU
- MoPd katalizörlerin elektroliz sisteminde ve doğrudan metanollü yakıt pillerinde elektrot malzemesi olarak kullanımlarının incelenmesi
Investigation of MoPd catalysts as electrode materials for electrolysis and direct metanol fuel cells
DERYA DİLEK DEMİR
- BaTiO3 perovskit ince filmlerin bazı fiziksel ve elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of some physical and electrochromic properties of BaTiO3 perovskite thin films
BİROL GEÇİCİ
Doktora
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞADAN KORKMAZ
- Hepatosellüler karsinoma ve metastatik adenokarsinomun immünhistokimyasal markerler ile boyanma özelliklerinin karşılaştırılması ve bu markerların ayırıcı tanıdaki değeri
The comparison of the staining features of hepatocellular carcinoma and metastatic adenocarcinoma with immunohistochemical markers and the value of these markers in differantial diagnosis
AYÇA UYGUR