Metal oksit nanopartiküllerin PEM yakıt pili performansına etkisi

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.