15 4

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 1 Proje No: 112M193 Proje Bitiş Tarihi: 01.05.2016 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 09-10-2018

Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi

Öz:
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 alınan yöntemler 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
Anahtar Kelime: aktivasyon AB2 grafit sarmalama ısıl plazma Mg2Ni

Konular: Metalürji Mühendisliği

Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi

Öz:
Both gas phase hydrogen storage and electrochemical hydrogen storage make an extensive use of AB5 compounds. Typified by LaNi5, these compounds are based on rare earth elements which have been developed over the years, but are of limited supply and therefore are not readily available. The current work concentrates on compositions that are rare-earth free and aims to identify conditions which would allow efficient hydrogen storage. The work is made up of three parts. The first part deals with Mg2Ni and examines the synthesis of Mg2Ni nanoparticles with thermal plasma. The second part focuses on an AB2 compound, namely (TiZr)(VNiMnCr)2, and explores methods that could be employed to improve its activation behavior. The third part deals with carbon encapsulation of both Mg2Ni and (TiZr)(VNiMnCr)2 as well as pure elements Ni and Mg. A brief summary of each part is presented below. Mg2Ni can be fabricated from its elements via direct melting or mechanical milling. Particle sizes obtainable with these methods however are not small enough. In the current study, Mg2Ni particles less than 100 nm in size were fabricated with thermal plasma. For this purpose, a two injector R.F. plasma reactor was used where Ni was fed from top injector and Mg from bottom. It was found that by carefully adjusting the position of the injectors, a substantial amount of Mg2Ni nanoparticles could be synthesized. Furthermore, hydriding properties of Mg2Ni nanoparticles were also determined. This showed that the thermodynamics of its hydride was not affected by nanosize particles, though there was a substantial improvement in the kinetics of hydrogen sorption. AB2 alloys in many ways are good alternative to AB5. Only drawback is that it is difficult to activate, i.e. full capacity can only be developed by prolonged charge-discharge cycling. In this study, we concentrated on a Laves phase C14 alloy, namely (TiZr)(VNiMnCr)2 and aimed to identify methods that would lead to fast activation. The choice ofparticle size, mechanical milling and hot KOH treatment of AB2 powders were examined. Of these, hot KOH treatment was found to be the most efficient. This involved treating the powders in hot KOH solution before they were used in electrode preparation. This treatment not only leads to full capacity in the first cycle but also results in an improved capacity, much higher than that expected from gas-phase storage. This increase in storage capacity was attributed to the formation of porous surface in the particles as aresult of KOH treatment which allow high local pressure to be developed before hydrogen bubble away from the electrolyte. ix Both, Mg2Ni and (TiZr)(VNiMnCr)2 were carbon coated using thermal plasma by co-feeding these powders with methane. The plasma processing in this manner has chemically modified the alloys resulting in a mixture of products that included the constituent elements also. For this reason, the study has concentrated on pure elements, namely Ni and Mg. Ni was successfully encapsulated by carbon where individual particles were wrapped by 6-8 layers of graphene. Magnesium has yielded a slightly different result. Rather than wrapped individual particles which were the case in Ni, Mg was in the form of nanoparticle embedded in graphitic matrix. By adjusting the feed rate of magnesium and methane, extremely small Mg particles, 3-5 nm in size, could be produced, again embedded in graphitic matrix. So as to obtain protected Mg nanoparticles two sets of experiments were carried out. In one, at a fixed feed rate of Mg, methane feed rate varied over a wide interval and in the other, the opposite was done, i.e. at a fixed rate of methane, Mg feed rate was varied. This has shown that a typically 2wt%C is sufficient to protect magnesium powders. Powders protected in this way did not react with hydrogen either. A milling of short duration was sufficient to activate the powders, but this also made the powders pyrophoric
Anahtar Kelime:

Konular: Metalürji Mühendisliği
Erişim Türü: Erişime Açık
APA ÖZTÜRK T, AYDINOL K, KALAY E, EYÖVGE C, TAN S, ÇAKMAK G, AKTEKİN B, ONUR ŞAHİN E (2016). Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. , 1 - 1.
Chicago ÖZTÜRK TAYFUR,AYDINOL Kadri,KALAY Eren,EYÖVGE Cavit,TAN Semra,ÇAKMAK Gülhan,AKTEKİN Burak,ONUR ŞAHİN Ezgi Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. (2016): 1 - 1.
MLA ÖZTÜRK TAYFUR,AYDINOL Kadri,KALAY Eren,EYÖVGE Cavit,TAN Semra,ÇAKMAK Gülhan,AKTEKİN Burak,ONUR ŞAHİN Ezgi Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. , 2016, ss.1 - 1.
AMA ÖZTÜRK T,AYDINOL K,KALAY E,EYÖVGE C,TAN S,ÇAKMAK G,AKTEKİN B,ONUR ŞAHİN E Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. . 2016; 1 - 1.
Vancouver ÖZTÜRK T,AYDINOL K,KALAY E,EYÖVGE C,TAN S,ÇAKMAK G,AKTEKİN B,ONUR ŞAHİN E Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. . 2016; 1 - 1.
IEEE ÖZTÜRK T,AYDINOL K,KALAY E,EYÖVGE C,TAN S,ÇAKMAK G,AKTEKİN B,ONUR ŞAHİN E "Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi." , ss.1 - 1, 2016.
ISNAD ÖZTÜRK, TAYFUR vd. "Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi". (2016), 1-1.
APA ÖZTÜRK T, AYDINOL K, KALAY E, EYÖVGE C, TAN S, ÇAKMAK G, AKTEKİN B, ONUR ŞAHİN E (2016). Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. , 1 - 1.
Chicago ÖZTÜRK TAYFUR,AYDINOL Kadri,KALAY Eren,EYÖVGE Cavit,TAN Semra,ÇAKMAK Gülhan,AKTEKİN Burak,ONUR ŞAHİN Ezgi Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. (2016): 1 - 1.
MLA ÖZTÜRK TAYFUR,AYDINOL Kadri,KALAY Eren,EYÖVGE Cavit,TAN Semra,ÇAKMAK Gülhan,AKTEKİN Burak,ONUR ŞAHİN Ezgi Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. , 2016, ss.1 - 1.
AMA ÖZTÜRK T,AYDINOL K,KALAY E,EYÖVGE C,TAN S,ÇAKMAK G,AKTEKİN B,ONUR ŞAHİN E Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. . 2016; 1 - 1.
Vancouver ÖZTÜRK T,AYDINOL K,KALAY E,EYÖVGE C,TAN S,ÇAKMAK G,AKTEKİN B,ONUR ŞAHİN E Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi. . 2016; 1 - 1.
IEEE ÖZTÜRK T,AYDINOL K,KALAY E,EYÖVGE C,TAN S,ÇAKMAK G,AKTEKİN B,ONUR ŞAHİN E "Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi." , ss.1 - 1, 2016.
ISNAD ÖZTÜRK, TAYFUR vd. "Etkin Hidrojen Depolama İçin Kabuklu Nanoparçacıkların Üretimi". (2016), 1-1.