Electrochemical Production of Transition Metal-Based Electrocatalysts for Hydrogen Production

Abstract

Energy demand increases with increasing population and industrial developments. Unfortunately, non-renewable sources are used to meet a large portion of the demand. As a result of the negative effects, researchers have begun to investigate renewable sources by working in a variety of fields in order to ensure the energy and humanity's long-term sustainability. Renewable energy sources are very important for the future of the world. In this regard, we can claim that the convenient solution is “hydrogen” which is as promising energy carrier. In this study, alkaline electrolysis system was preferred due to the advantage of being easily integrated with renewable energy sources to meet the power requirements of the system. The platinum (Pt) and stainless steel (SS) electrodes were used as anodes. Graphite (G) and ternary transition metals (nickel, copper, cobalt) modified graphite (G/NiCoCu) electrodes were used as cathode. The modified electrodes were prepared by using galvanostatic method. The various operation voltages were applied that varied from 2,3V to 3V in order to realize water splitting reaction. The amount of produced hydrogen gas was increased with increasing operation voltage. According to the experimental results, at 3V for 15 minutes of electrolysis time, the produced H2 gas values were 15 mL, 11,13 mL and 13,12 mL for Pt - G (Cell-1), SS - G (Cell-2) and SS - G/ NiCoCu (Cell-3), respectively.

Artan nüfus ve endüstriyel gelişmelerle birlikte enerji talebi de artmaktadır. Ne yazık ki, talebin büyük bir kısmını karşılamak için yenilenemeyen kaynaklar kullanılmaktadır. Olumsuz etkilerin bir sonucu olarak, araştırmacılar enerjinin ve insanlığın uzun vadeli sürdürülebilirliğini sağlamak için çeşitli alanlarda çalışarak yenilenebilir kaynakları araştırmaya başlamışlardır. Yenilenebilir enerji kaynakları dünyanın geleceği için çok önemlidir. Bu bağlamda, uygun çözümün gelecek vadeden bir enerji taşıyıcısı olan “hidrojen” olduğunu söyleyebiliriz. Bu çalışmada, sistemin güç ihtiyacını karşılamak için yenilenebilir enerji kaynakları ile kolayca entegre edilebilme avantajından dolayı alkali elektroliz sistemi tercih edilmiştir. Anot olarak platin (Pt) ve paslanmaz çelik (SS) elektrotlar kullanıldı. Katot olarak grafit (G) ve üçlü (nikel, bakır, kobalt) geçiş metalleriyle modifiye edilmiş grafit (G/NiCoCu) elektrotlar kullanılmıştır. Modifiye elektrotlar, galvanostatik yöntem kullanılarak hazırlandı. Suyun ayrışma reaksiyonunu gerçekleştirmek için 2,3V ile 3V arasında değişen çeşitli çalışma potansiyelleri uygulandı. Artan uygulama potansiyeli ile üretilen hidrojen gazı (H2(g)) miktarı arttı. Deneysel sonuçlara göre, 3V'da 15 dakikalık elektroliz süresi boyunca üretilen H2(g) miktarları, Pt - G (Hücre-1), SS - G (Hücre-2) ve SS - G/ NiCoCu (Hücre-3) için sırasıyla 15 mL; 11,13 mL ve 13,12 mL’dir.