Çevrel fazındaki kalkojenit-karbon kompozit katalizörlerin geliştirilmesi ve yakıt hücresi performansının incelenmesi

Yakıt hücresi, yakıtın kimyasal enerjisini dogrudan elektrik enerjisine dönüstüren, su ve ısının yan ürün olarak üretildigi bir enerji dönüsüm aygıtı olarak tanımlanmaktadır. Proton degisim membran (PEM) yakıt hücreleri yüksek güç yogunlugu ve enerji dönüsüm verimi, az yer kaplaması, hafiflik ve düsük çalısma sıcaklıgı nedeniyle özellikle tasıtlarda ve tasınabilir cihazlarda tercih edilen yakıt hücresi çesitlerinden bir tanesidir. PEM yakıt hücresinin anot kısmında hidrojen elektron vererek yükseltgenirken, katot kısmında ise oksijen elektron alarak indirgenir. Katalizör tabakası, hidrojen oksidasyon reaksiyonu (HOR) veya oksijen indirgeme reaksiyonunun (ORR) gerçeklestigi yerdir. Katotta meydana gelen oksijen indirgenme yarı reaksiyonu anottaki hidrojen yükseltgenme reaksiyonuna göre daha yüksek aktivasyon enerjisine sahip olup esit sartlar altında daha yavas yürür. Bu nedenle katotta katalizör olarak kullanılan platin miktarı yakıt hücresinin maliyetini üzerinde belirleyici etkiye sahiptir ve PEM yakıt hücreleri üzerine yapılan çalısmaların büyük bir bölümü katotta kullanılabilecek alternatif katalizörler üzerine yogunlasmaktadır. Çevrel fazları, bu bilesiklerin kapsamlı olarak incelenmesine neden olan, sayısız ve bazen sasırtıcı fiziksel ve kimyasal özellikleri bulunan seçkin bir malzeme ailesini olustururlar. Bu dikkat çekici özellikler, kristal yapının kimyasal niteliklerinin tüm aralıklarını kapsayan çok sayıda ögeyi barındırması kabiliyetiyle yakından iliskilidir. Çevrel fazlı bilesiklerin oksijen indirgeme reaksiyonunda dikkat çekici elektrokatalitik etkinlikler sergiledigi görülmüs ve bu etkinliklerinin küme içindeki metal iyonların içerigi ve dogasıyla yakından iliskili oldugu belirlenmistir. Proje kapsamında, PEM yakıt hücresi maliyetinin büyük bir kısmını olusturan ve PEM yakıt hücresi katot elektrotunda gerçeklesen oksijen indirgeme reaksiyonunda (ORR) akitvasyon sorunları bulunan platin katalizöre alternatif, daha ekonomik ve daha etkin katalizörler sentezlenmesi amaçlanmıstır. Bu amaç dogrultusunda, oksijen indirgeme reaksiyonunda dikkat çekici elektrokatalitik etkinlikler sergileyen çevrel fazları (CoMo6S8, NiMo6S8, MnMo6S8, FeMo6S8, CoW6S8, NiW6S8, MnW6S8, FeW6S8) farklı karbon kaynakları kullanılarak sentezlenmis ve elektrokatalitik özellikleri incelenmistir. En iyi performansı gösteren Mn2Mo6S8 katalizörünün PEM yakıt hücresi katot reaksiyonlarında kullanım sartları Taguchi metodu ile optimize edilmistir.