Hide/Show Apps

Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi

2016
Tan, Semra
Eyövge, Cavit
Öztürk, Tayfur
Şahin, Onur Ezgi
Aktekin, Burak
Çakmak, Gülhan
Aydınol, Mehmet Kadri
Kalay, Yunus Eren
Gerek gaz fazında hidrojen depolama gerekse elektrokimyasal hidrojen depolamada AB5 bileşikleri yaygın tarzda kullanılmaktadır. Tipik örneği LaNi5 olan bu bileşikler nadir toprak elementlerine dayalı olup temin edilebilirlikleri kısıtlıdır. Bu çalışma, nadir toprak elementi içermeyen kompozisyonlara odaklanmakta ve etkin hidrojen depolamayı mümkün kılan koşulları belirlemeyi hedeflemektedir. Çalışma üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm Mg2Ni bileşiğini esas almakta ve bu bileşiğin nanoboyutta termal plazma ile sentezine odaklanmaktadır. İkinci bölüm, bir AB2 bileşiğini - (TiZr)(VNiMnCr)2 - konu almakta ve bu bileşiğin kolay aktivasyon koşullarını belirlemeyi hedeflemekte ve bu şekilde AB5’e alternatif oluşturmayı amaçlamaktadır. Üçüncü kısım, gerek Mg2Ni ve (TiZr) (VNiMnCr)2 gerekse saf metal olarak magnezyum ve nikelin karbonla kaplanmasını konu almaktadır. Her bir konunun kısa bir özeti aşağıda verilmektedir. Mg2Ni doğrudan ergitme yöntemi ile alaşım olarak veya mekanik alaşımlandırma ile elementlerinden elde edilebilen bir bileşiktir. Bununla birlikte klasik sayılabilecek bu yöntemlerle elde edilebilecek parçacık büyüklüğü kısıtlıdır. Bu çalışmada Mg2Ni 100 nm’ nin altında parçacıklar olarak termal plazma ile sentezlenmiştir. Bu amaçla kullanılan R.F. termal plazma üretecine Ni tozları üstten ve Mg tozları da alttan beslenmiş ve konumlar ayarlanmak sureti ile alaşım başarı ile elde edilmiştir. Bu tarzda elde edilen Mg2Ni parçacıkların hidrojen absorblama ve bırakma özellikleri karakterize edilmiş, termodinamik özelliklerde bir değişiklik olmamasına rağmen kinetik özellikleri de dikkat çekici bir iyileşme sağlanmıştır. Elektrokimyasal enerji depolamada AB2 alaşımları pek çok yönü ile AB5’e alternatiftir. Bu alaşımda yegâne olumsuzluk zor aktive oluşudur. Diğer bir ifade ile AB2 elektrotlu bataryaların tam kapasiteye ulaşması ancak yeterli sayıda doldur-boşat işlemi sonrasında mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada (TiZr)(VNiMnCr)2 alaşımında hızlı aktivasyon koşulları belirlenmeye çalışılmış bu amaçla farklı yöntemler değerlendirmeye alınmıştır. Farklı parçacık büyüklükleri, mekanik öğütme ve sıcak KOH işlemi değerlendirmeye alınanyöntemler olmuş, bunların içeresinde en iyi sonuç sıcak KOH işlemi ile elde edilmiştir. Bu işlemde aktif tozlar sıcak KOH solüsyonunda bir süre bekletilmekte ve elektrod, bir yıkama işlemini takiben hazırlanmaktadır. Bu işlem hem ilk döngüde tam kapasite vermede başarılı olmuş, hem de gaz faz depolamaya oranla beklenenden daha yüksek kapasite vermiştir. Bu çalışmanın önemli tespitlerinden biri bu artışın aktif parçacıklar üzerinde gelişen gözenekli yapıdan kaynaklanabileceği sonucudur. Gerek Mg2Ni gerekse (TiZr)(VNiMnCr)2 parçacıklarının karbonla kaplanması termal plazma yöntemi le gerçekleştirilmiş ve bu işlemde karbon kaynağı olarak metan kullanılmıştır. Parçacıklar plazma üretecine beslenmesi parçacıkların kısmen kimyasal olarak ayrışmasına neden olmuştur. Bu nedenle bu çalışma, böyle bir riskin oluşmadığı nikel ve magnezyuma odaklanmıştır. Nikel başarılı bir şekilde karbonla kaplanmış ve nanoboyutta Ni parçacıkları 6-8 tabakalık grafit katmanları içerisine başarı ile sarmalanmıştır. Magnezyum farklı bir sonuç vermiş Ni’ deki sarmalanmış tekil parçacıklar yerine karbon metrikse gömülü nanoparçacıklar elde edilmiştir. Metan ve magnezyum debileri ayarlanmak sureti ile 3-5 nm büyüklüğünde çok küçük magnezyum nanoparçacıkların elde edilmesi mümkün olmuştur. Nanoparçacıkların korunması için gerekli karbon miktarı tespit edilmeye çalışılmış ve bunun için biri sabit Mg debisi, diğeri de sabit metan debisinde olmak üzere iki set deney yapılmıştır. Yapılan deneyler nanoboyuttaki tozların yanmaması için tipik olarak ağrılıkça %2 karbonun yeterli olduğunu göstermiştir. Bu tür kaplı parçacıkların hidrojenle de reaksiyona girmediği tespit edilmiştir. Hafifçe öğütülen tozların hidrojenle reaksiyona girdiği ancak bu tozların oksijenle de reaksiyona girerek yandığı tespit edilmiştir