PEM yakıt hücrelerinde oksijen indirgenme reaksiyonu için biyokütle tabanlı gözenekli karbon destekli katalizörlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of biomass-based porous carbon supported catalysts for oxygen reduction reaction in PEM fuel cells
- Tez No: 989746
- Danışmanlar: PROF. DR. GAMZE GENÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Doktora tezi kapsamında, ilk olarak hem maliyet avantajı sağlaması hem de sürdürülebilir bir atık yönetimi sunması nedeniyle farklı biyokütle çekirdeklerinden (Antep Fıstığı Kabukları, Avokado Çekirdekleri, Ceviz Kabukları, Mandalina Kabukları ve Yer Fıstığı Kabukları) gözenekli karbon sentezlenerek yapısal özellikleri ve elektrokatalitik performansları detaylı olarak incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda avokado çekirdeği tabanlı karbon geniş yüzey alanı, homojen gözenek yapısı ve yüksek potansiyel aralığı ile öne çıkmıştır. Daha sonra avokado çekirdeğinden elde edilen karbon yapının katalitik aktivitesini artırmak amacıyla Fe (AvÇ-Fe) ve Pt (AvÇ-Pt) katkılaması uygulanarak PEM yakıt hücrelerinde katotta gerçekleşen oksijen indirgenme reaksiyonu performansları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre AvÇ-Pt, hem asidik hem de alkali ortamda en yüksek Eonset ve E1/2 değerlerine ulaşarak diğer katalizörlerin üzerinde bir aktivite sergilemiştir. Sentezlenen katalizörlerin gerçek çalışma koşullarındaki performanslarını belirlemek amacıyla PEM yakıt hücresi test düzeneğinde testler gerçekleştirilmiş ve elde edilen güç yoğunluğu değerleri ticari Pt/C katalizörler ile karşılaştırılmıştır. PEM yakıt hücresi testlerinde AvÇ-Pt, 0.4 A cm-2 akım yoğunluğu ve 0.067 W cm-2 güç yoğunluğuyla ticari Pt/C ve AvÇ-NFe'nin üzerinde performans göstermiştir. Tafel ve korozyon analizleri de AvÇ-Pt'nin daha hızlı kinetik davranışa ve daha düşük ikor değerine sahip olduğunu doğrulamıştır. AvÇ-NFe'nin ise platin içermemesine rağmen Pt/C'ye oldukça yakın elektrokimyasal performans sergilediği görülmüştür. Bu sonuçlar, biyokütle tabanlı karbonların yeni nesil katalizör tasarımlarında güçlü ve sürdürülebilir bir alternatif olduğunu kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Within the scope of this doctoral thesis, porous carbon was synthesized from various biomass shells (Pistachio Shells, Avocado Seeds, Walnut Shells, Tangerine Peels, and Peanut Shells) to investigate its structural properties and electrocatalytic performance in detail, due to its cost-effectiveness and sustainable waste management capabilities. According to the analysis results, avocado seed-derived carbon stood out due to its high surface area, homogeneous pore structure, and high potential range. Subsequently, to enhance the catalytic activity of the avocado seed-derived carbon, Iron (AvÇ-Fe) and Platinum (AvÇ-Pt) doping were applied, and their Oxygen Reduction Reaction performances in PEM fuel cell cathodes were evaluated. The results indicated that AvÇ-Pt exhibited superior activity compared to other catalysts, achieving the highest Eonset and E1/2 values in both acidic and alkaline media. To evaluate the performance of the synthesized catalysts under actual operating conditions, tests were performed in a PEM fuel cell setup, and the resulting power density values were compared with those of commercial Pt/C catalysts. In the PEM fuel cell tests, AvÇ-Pt outperformed both commercial Pt/C and AvÇ-NFe, delivering a current density of 0.4 A cm-2 and a power density of 0.067 W cm-2. Tafel and corrosion analyses further confirmed that AvÇ-Pt exhibits faster kinetic behavior and a lower icor. Notably, despite being platinum-free, AvÇ-NFe exhibited electrochemical performance remarkably close to that of commercial Pt/C. These results demonstrate that biomass-based carbons serve as a robust and sustainable alternative for next-generation catalyst designs.
Benzer Tezler
- PEM tipi yakıt hücrelerinde kullanılan katalizörlerde farklı karbon desteği kullanılarak yüzey alanının arttırılması ve kinetik özelliklerinin geliştirilmesi
Increasing the surface area and kinetic properties of the catalysts used in PEM fuel cells by using different carbon supports
FURKAN DÜNDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Mühendislik BilimleriGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ALİ ATA
- Investigation of rotating ring disk electrode (RRDE) studies on nano-sized cathode catalysts for PEM fuel cells
PEM yakıt hücrelerine yönelik nano boyutlu katot katalizörlerinde döner halka disk elektrot çalışmalarının incelenmesi
NİHAT EGE ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KADIRGAN
- Anyon değişim membran yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere katot katalizörlerinin sentezi ve aktivitesinin belirlenmesi
Synthesis and determination of the activity of cathode catalysts for use in anion exchange membrane fuel cells
ALI TAMBWE AMIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
ÖĞR. GÖR. SİLVER GÜNEŞ
- PEM yakıt hücresi katotunda oksijen indirgenme reaksiyonu hızının geliştirilmesi ve mekanizmasının incelenmesi
Improving the rate of oxygen reduction reaction at the cathode of PEM fuel cell and investigation of its mechanism
SİLVER GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
2015
EnerjiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
- Development of non-noble (Co-n/mwcnt) and polybenzimidazole-modified (Pt-pbi/mwcnt) electrocatalysts for high-temperature pem fuel cell applications
Yüksek sıcaklık pem yakıt hücreleri için düşük maliyetli ve yüksek performanslı (Co-n/mwcnt) ve polibenzimidazol (pbı) ile modifiye edilmiş (Pt-pbı/mwcnt) elektrokatalizörlerin geliştirilmesi
ENİS OĞUZHAN EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN