Gas diffusion electrodes based on carbon and graphene for PEM fuel cell
PEM yakıt pilleri için karbon ve grafen esaslı gaz difüzyon elektrotlarının geliştirilmesi
- Tez No: 470650
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında gaz difüzyon elektrotlarının (GDE) tüm bileşenleri geliştirilmiştir. İlk kısımda, yeni karbon ve selüloz lif asaslı kompozit gaz difüzyon tabakası (GDT) çevre dostu bir yöntem olan 'yaş serim' yöntemi ile üretilmiştir. Elektriksel iletken kompozit GDT'ler mükemmel esneklikte, homojenlikte ve gözenekli yapıda elde edilmiştir. Ticari AvCarb®MGL karbon kağıt ile karşılaştırıldığında, kompozit GDT özellikle düşük sıcaklıkta benzer güç çıktısı sağlamıştır. Bu tezin ikinci kısımda, yeni elektrokatalizörler, Pt nanoparçacıklarının, çeşitli oranlarda karıştırılmış indirgenmiş grafen oksit (iGO) ve karbon siyahından (KS) oluşan hibrit destek üzerinde tek basamaklı bir yöntem olan microdalga radyasyonu ile geliştirilmiştir. KS ise iGOyapraklarının tekrar yığılmasını engellemek için aralayıcı malzeme olarak kullanılmıştır. Düşük KS içerikli (kütlece %25) Pt/iGO-KS hibriti diğer Pt/ iGO ve Pt/KS katalizörlere kıyasla daha iyi elektrokatalitik aktivite ve 0.4 mg/cm2 Pt yüklemesinde 1091 mW cm-2 maksimum güç yoğunluğu eldesi ile daha üstün PEM yakıt hücresi performansı göstermiştir. Üçüncü kısımda isegrafen ve grafen-KS hibritleri kullanılarak elektrospreyleme ile PEM yakıt hücresi için yepyeni katalizör tabakaları (KT) geliştirilmiştir. Elektrospreylenmiş KT homojen ve küçük parçacık boyutlu Pt dağılımı sağlamıştır ve grafen-KS hibritlerinin katılması ile yüksek iletkenlikte ve gözenekli yapıda katalizör tabakası elde edilmiştir. Yaygın olarak kullanılan spreylemiş KT ile elektrospreylenmiş KT'nin PEM yakıt hücresi performansları karşılaştırılmış ve elektrospreylenmiş KT'nin daha iyi güç çıktısı verdiği görülmüştür. Nispeten düşük katalizör yüklemesinde (0.2 mgPt/cm2 )elektrospreylenmiş elektrotlar için maksimum güç yuğunluğu, 441 mW cm-2 iken hava-spreylenmiş elektrot için 327 mW cm-2 olarak elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
All the components of gas diffusion electrodes (GDE) of PEM fuel cells were developed in this thesis. In the first part, new carbon and cellulose fiber-based composite gas diffusion layer (GDL) were developed for PEM fuel cell by using a green and environmentally friendly 'wet-laying' process and electrically conducting composite GDLs with excellent flexibility, uniformity, and porosity were achieved. Moreover, PEM fuel cell performance of the fabricated composite GDL was investigated. It was determined that these GDLs exhibited similar power output especially at low temperature compared to commercial carbon paper. In second part of the thesis, novel electrocatalysts comprising Pt nanoparticles impregnated on reduced graphene oxide (rGO) and carbon black (CB) hybrid carbon supports with varying ratios were developed by using rapid one-pot microwave irradiation. CB was used as an intercalating agent to avoid restacking of rGO sheets. Pt/rGO-CB hybrid electrocatalyst with low CB content (25% wt.) delivered superior electrocatalytic activity and fuel cell performance and power output (max. power density 1091 mW cm-2 ) compared to those of Pt/CB and Pt/rGO with 0.4 mgPt/cm2 loading. In third part of the thesis, a novel catalyst layer (CL)containing Pt/graphene and Pt/graphene–CB hybrids by electrospraying for PEM fuel cells were developed. Electrosprayed CL provided uniform and small size Pt distribution, and with introducing graphene-CB hybrids highly conductive and porous catalyst layer was achieved. Compared to conventional air-sprayed CL, electrospayed CL was showed better PEM fuel cell performance with the max. power densities of 441 mW cm-2 for electrosprayed electrode, and 327 mW cm-2 for air- sprayed electrode, were obtained at a relatively low Pt loading (0.2 mgPt/cm2).
Benzer Tezler
- Lityum-iyon piller için yüksek performanslı anot malzemesi olarak kalay oksit-indirgenmiş grafen oksit kompozitlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of tin oxide-reduced graphene oxide composite as high performance anode material for lithium-ion batteries
MERT ARDA KAYIŞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Lityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi
Development of three-dimensional graphene/carbon nanotube/silicon nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
SELİN DEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Şarj edilebilir Li-iyon piller için karbon esaslı Li2CuP2O7 katot elektrotlarının geliştirilmesi ve elektrokimyasal performanslarının incelenmesi
Enhancement of carbon-based Li2CuP2O7 cathodeelectrodes for rechargeable Li-ion batteries andinvestigation of their electrochemicalperformance
SEBİLE GÖKÇEN SARAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiHacettepe ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZELİHA ERTEKİN
- Süper kapasitörler için bağlayıcısız nikel içeren grafen köpük elektrotunun tek adımda hazırlanması
One-step preparation of binder-free nickel containinggraphene foam electrode for supercapacitors
AZIZ AHMAD KARIMI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERAFETTİN DEMİÇ
DOÇ. DR. BURAK GÜLTEKİN
- Investigation of capacitive behaviour of emulsion polymerized pedot and its nanocomposites
Emülsiyon polimerizasyonu ile sentezlenen pedot ve nanokompozitlerinin kapasitif özelliklerinin incelenmesi
DENİZ GÜLERCAN
Doktora
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ