Enerji Uygulamaları Için Elektrobiriktirme Yöntemiyle Hazırlanan Wo3 Filmler: Katodik Elektrokromik Katman Ve Fotoelektrokimyasal Su Ayrısma Için Fotoanot
Atak G. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 3501 - Ulusal Genç Araştırmacı Kariyer Geliştirme Programı, 2024 - 2027
- Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
- Destek Programı: 3501 - Ulusal Genç Araştırmacı Kariyer Geliştirme Programı
- Başlama Tarihi: Şubat 2024
- Bitiş Tarihi: Şubat 2027
Proje Özeti
Birincil enerji kaynakları olan fosil yakıtlarının kullanımı karbondioksit salınımındaki artışa, küresel ısınmaya, atmosfer kirliliğine ve deniz seviyelerinin yükselmesine neden olmaktadır. Bu çevresel zorluklar, enerji tasarrufu teknolojilerinin, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ve yeni enerji teknolojilerinin araştırılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu proje önerisi enerji tasarrufu teknolojilerinden akıllı pencere uygulamalarındaki elektrokromik tungsten oksit (WO3) ince filmler ve yeni enerji teknolojilerinden fotoelektrokimyasal su ayrıştırma için WO3 fotoelektrotlar üzerine araştırmayı hedeflemektedir. Proje, her iki uygulamayı aynı anda hedeflemenin ve bunu maliyeti düşük bir yöntemle gerçekleştirebilecek olması sinerjisine dayanmaktadır. WO3’in katodik elektrokromik katman ve metal oksit fotoelektrot malzemesi oldukça iyi bir aday olmasının nedenleri yüksek renklenme verimi ve optik modülasyon değeri, alkali ortamda yüksek kararlılığı, fotoelektrokimyasal su ayrıştırma için uygun optik bant aralığına sahip olması sayılabilir.
Binalardaki camlar, iklime bağlı olarak binanın içerisi ile dışarısı arasında ısı alışverişine ve dolayısıyla enerji kaybına neden olmaktadır. Bu noktada, enerji sistemlerinin zayıf halkaları olan camların ve pencere sistemlerinin iyileştirilmesi çözüm olarak devreye girmektedir. Uygulanan potansiyel farkı ile optik özelliklerini değiştiren malzemeler elektrokromik olarak adlandırılmaktadır. Akıllı pencere teknolojisinin temel bileşeninde de bu elektrokromik malzemeler yatmaktadır. Bu proje akıllı pencere teknolojisi için üretim maliyetlerini düşürmeyi, optik modülasyon değerini (camın renkli ve şeffaf halleri arasındaki optik geçirgenlik değerini) artırmayı, anahtarlama hızlarını iyileştirmeyi ve kontrol etmeyi, hafıza etkisini arttırmayı, uzun çevrimler boyunca dayanıklılığını ve elektrokromik performansını korumasını hedeflemektedir. Proje kapsamında ilk kez elektrobiriktirme yöntemiyle hazırlanacak elektrokromik WO3 ince filmlerin hafıza etkileri ve uzun çevrimler boyunca kararlılıkları ve yeniden gençleştirme süreci de incelenecektir.
Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması açısından ise proje, metal oksit fotoelektrot olarak WO3 ince filmlerin fotoelektrokimyasal su ayrıştırma için performanslarının incelenmesini hedeflemektedir. Fotoelektrokimyasal su ayrıştırma, hidrojen üretimi için yeşil bir yaklaşım sunar; ancak verimliliği, suyun yükseltgenme ve indirgeme reaksiyonları için uygun fotoelektrot malzemelerinin araştırmalarda azlığı nedeniyle sınırlıdır. Metal oksitler, sulu elektrolitlerde yüksek kararlılık gösterirler ancak bant aralıkları nedeniyle düşük fotodönüşüm verimliliklerine ve yüksek üretim maliyetlerine sahiptirler.
Proje önerisi her iki uygulama alanındaki sorunları gidermek ve beklentileri karşılama için elektrobiriktirme yöntemi ile şeffaf iletken alttaşlar üzerine WO3 ince filmler büyütmeyi, elektrobiriktirme yönteminde kullanılan potansiyostat ile elektrokromik ve fotoelektrokimyasal özellikleri incelemeyi hedeflemektedir. Bu yöntem; vakuma ihtiyaç duymamakta, geniş yüzeylere film büyütme imkanı vermekte, düşük büyütme gerilim veya akım değerlerine sahip ve kirlilik içermediği için kolay, uygun maliyetli ve çevre dostudur. Ayrıca bu yöntemle film büyütme parametrelerin kontrollü ile malzeme morfolojisini ve kalınlığını kontrol edebilmesi oldukça kolaydır. Böylece çeşitli biriktirme parametrelerine göre film yapısının, morfolojisinin ve kompozisyonunun hassas bir şekilde kontrol edilmesi sağlanacaktır.
Proje önerisi yürütücüsünün özellikle hidrojen yakıt üretimi için fotoelektrokimyasal su ayrıştırma konusunda yeni becerilerinin kazanmasında oldukça önemli bir yere sahiptir. Proje başarıyla gerçekleştirildiği takdirde elektrokromizm ve fotoelektrokimyasal su ayrıştırma konularında nitelikli akademik yayın, araştırmacı yetiştirilmesi, yeni proje üretilmesi potansiyeli oldukça yüksek olup, prototip cihaz üretim potansiyeline de sahiptir.