PEM yakıt hücrelerinde kullanılan anot katalizörünün sentezi, karakterizasyonu ve hücre performansına etkisinin incelenmesi

Dünya çapındaki enerji krizine sürdürülebilir çözümler arayışında, PEM yakıt hücreleri (PEMYH), çevre dostu bir enerji üretim sistemi olarak dikkat çekmektedir. Bu tez kapsamında, PEMYH'de kullanılan Pt/C, Ru/C ve PtRu/C katalizörlerinin sentezi için poliol yöntemi modifiye edilerek, yüksek basınç koşullarında çalışabilen, literatürde bulunmayan, mikrodalga destekli alternatif bir poliol yöntemi geliştirilmiştir. Bu sayede, poliol sentezinde kullanılan çözeltinin kaynama noktası ile sınırlı kalmadan, yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda katalizör sentezi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, referans oluşturmak için, konvansiyonel ısıtma ve atmosferik basınçta mikrodalga ısıtma yöntemleriyle de katalizörler sentezlenmiştir. Pt/C katalizörleri için sıcaklık (140 - 240 °C) ve pH (12,0 - 13,0) etkisi incelenmiştir. Ru/C katalizöründe sıcaklık etkisi 160 -240 °C aralığında incelenmiş, elde edilen bulgulara bağlı olarak PtRu/C katalizörleri 200 ve 240 °C sıcaklığında sentezlenmiştir. Sentez sürecinde yapılan pH ve sıcaklık iyileştirmelerine bağlı olarak sentezlenen Pt nanoparçacıklarının boyutlarının etkin olarak kontrolü sağlanmış, 1,5 nm'den küçük boyutlarda Pt, Ru ve PtRu nanoparçacıklarının sentezi gerçekleştirilerek karbon destek üzerine yüklenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları TGA, FTIR, XRD, SEM-EDS, TEM, BET ve CV ve LSV yöntemleri ile yapılmıştır. Aktivite testleri için, anot tarafında bu çalışmada sentezlenen katalizörler, katot tarafında ise ticari katalizör kullanılarak, Nafion membran ile MEA hazırlanmıştır. Aktiviteler, tek hücreli sistemde, Taguchi yönteminin kullanıldığı deney tasarımı çalışmalarıyla belirlenmiş, hidrojen ve hava besleme hızlarının yanında, hücre sıcaklığının etkisi üç farklı seviyede incelenerek, ticari katalizör ve sentezlenen katalizörlerin aktiviteleri karşılaştırılmıştır. Yüksek sıcaklıklarda sentezlenen katalizörler, ticari Pt/C (223 mW/cm2 @ 70 °C) ile kıyaslanabilecek aktiviteler gösterirken, Pt/C-160 katalizörü ise %19 daha yüksek anot aktivitesi (266 mW/cm2) göstermiştir.