Metal oksit nanopartiküllerin PEM yakıt pili performansına etkisi
Effect of metal oxide nanoparticles on PEM fuel cell performance
- Tez No: 979590
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ARZU EKİNCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Siirt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, Proton Değişim Membranlı (PEM) yakıt pili uygulamaları için üç farklı platin (Pt) destekli katot katalizörü sentezlenmiş ve performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Sentezlenen katalizörler Pt-MnFe2O4/C, Pt-LaMnFe2O4/C ve Pt-MoMnFe2O4/C olup, bu katalizörler PEM yakıt pili membran elektrot grubu (MEA) katot katalizörleri olarak uygulanmıştır. Çalışmada, katalizörlerin hem fiziksel ve yapısal özellikleri hem de elektrokimyasal davranışları kapsamlı biçimde değerlendirilmiştir. Fiziksel ve yapısal özelliklerin belirlenmesi için X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) analizleri yapılmıştır. Elektrokimyasal özellikler ise döngüsel voltametri (CV) yöntemiyle incelenmiştir. PEM yakıt pili testleri, 40–80 °C aralığında beş farklı sıcaklıkta ve sabit gaz debileri (H2: 40 ml/dk, O2: 80 ml/dk) altında gerçekleştirilmiştir. Uygulama sonuçları, katalizörlerin performansının sıcaklığa bağlı olarak değiştiğini ortaya koymuştur. Pt-LaMnFe₂O₄/C katalizörü 80 °C'de 401 mA/cm2 maksimum akım yoğunluğu ve 253 mW/cm2 güç yoğunluğu ile en yüksek performansı sergilemiştir. Pt-MnFe2O4/C ve Pt-MoMnFe2O4/C katalizörleri ise sırasıyla 60 °C ve 70 °C'de optimum performans göstermiştir. Ayrıca, her katalizör için optimum sıcaklıklarda elde edilen veriler üzerinden kütle aktivitesi hesaplamaları yapılmış ve en yüksek değer 4177 mA/mgPt ile Pt-LaMnFe2O4/C katalizörüne ait bulunmuştur. Elde edilen bulgular, özellikle nadir toprak elementleri (La) veya geçiş metalleri (Mn, Mo) ile desteklenmiş metal oksit katkılı Pt-tabanlı katalizörlerin, geleneksel Pt/C katalizörüne göre hem daha yüksek performans hem de daha yüksek Pt kullanım verimliliği sunduğunu göstermektedir. Bu çalışma, PEM yakıt pilleri için yüksek performanslı, dayanıklı ve maliyet açısından daha avantajlı alternatif katalizör tasarımlarına katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, three different platinum (Pt)-supported cathode catalysts were synthesized for Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell applications, namely Pt-MnFe2O4/C, Pt-LaMnFe2O4/C ve Pt-MoMnFe2O4/C. These catalysts were employed as cathode catalysts in membrane electrode assemblies (MEAs) of PEM fuel cells, and their performances were comparatively investigated. Both the physical/structural properties and electrochemical behaviors of the synthesized catalysts were comprehensively evaluated. The physical and structural properties were characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Electrochemical properties were analyzed by cyclic voltammetry (CV). PEM fuel cell performance tests were conducted at five different cell temperatures in the range of 40–80 °C under constant gas flow rates (H2: 40 ml/dk, O2: 80 ml/dk). The results revealed that the performance of the catalysts strongly depended on the operating temperature. The Pt-LaMnFe₂O₄/C catalyst exhibited the highest performance at 80 °C with a maximum current density of 401 mA/cm2 and a power density of 253 mW/cm2. Pt-MnFe2O4/C and Pt-MoMnFe2O4/C catalysts showed optimum performance at 60 °C and 70 °C, respectively. Furthermore, mass activity calculations based on the optimum temperature data showed that the highest value was achieved with the Pt-LaMnFe2O4/C catalyst at 4177 mA/mgPt. These findings demonstrate that Pt-based catalysts supported with rare-earth elements (La) or transition metals (Mn, Mo) and metal oxide additives provide not only higher performance but also greater Pt utilization efficiency compared to conventional Pt/C catalysts. This study contributes to the development of high-performance, durable, and cost-effective alternative catalysts for PEM fuel cell applications.
Benzer Tezler
- Modification of graphene oxide as efficient catalyst support for polymer electrolyte membrane fuel cells
Pem yakıt hücreleri için kullanılan graphen oksit kataliz destek malzemenin modifiye edilmesi
ESAAM JAMİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
KimyaSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Metal oksit nanopartiküllerin karboksilik asit ayrılmasında kullanımının incelenmesi
Investigation of the use of metal oxide nanoparticles in the separation of carboxylic acid
CANSU ENGİN ÇAMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL İNCİ
PROF. DR. NİLAY BAYLAN GÜLSOY
- Etkili yanma yöntemiyle metal oksit nanopartiküllerin sentezi
Synthesis of metal oxide nanoparticles by an effective combustion method
YASEMİN KAMACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiBartın ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH CAHİT KARAOĞLANLI
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP TAŞ
- Enzim temelli biyosensörlerin cevabına çeşitli metal oksit nanopartiküllerin etkisinin karşılaştırılması
Comparison of the effect of various metal oxide nanoparticles to response of enzyme based biosensors
İREM OKMAN KOÇOĞLU
- Mangan oksit /indirgenmiş grafen oksit (MnO2/RGO) kompozit aktif elektrot materyallerin kapasitif performansına mangan oksit nanopartiküllerin yüzey fonksiyonalizasyonunun etkisi
Effect of surface functionalization of manganese oxide on capacitive performance of metal oxide/reduced graphene oxide (MnO2/RGO) composite electrode materials
HOSSAIN BAKHSH NAZARI