Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Anabilim Dalı

A density functional theory investigation for solid state hydrogen storage materials

Katı-hal hidrojen depolama malzemelerinin yoğunluk fonksiyonel teorisi ile incelenmesi

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 548955 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

The world's energy demand is increasing with the population growth and technology development. In addition, the electronic devices are an essential part of the daily life that require portable energy sources. Therefore, energy storage is necessary in order to store energy from the renewable energy sources and also provide portable energy sources for electronic devices. Hydrogen being the most abundant element in the world, is a good energy carrier with high energy density. Also, hydrogen does not release greenhouse gases that contribute to the global warming. In addition to these properties, it can be stored in metals with physical or chemical bonds that allows an interest to the solid state hydrogen storage materials which are considered as a promising solution with effective and safe hydrogen storage. For these reasons, its use in fuel cells is emerging. Considering the cost and difficulties of experimental studies for determination of new materials to be used in hydrogen storage, theoretical studies have became a tool for experimental studies. The most important method of theoretical studies is Density Functional Theory (DFT). This method is popular in recent years because it can be used without depending on any experimental data. In this study, the first principles calculations have been performed to investigate the hydrogen storage properties of perovskite materials that could be a possible candidate material group for the solid state hydrogen storage method due to having stability and ceramic nature. The studied perovskite materials are divided into three groups as perovskite materials with BaXO3 (X = Sc or Y) and XTiO3 (X = Mg or Ca) compounds, anti-perovskite materials with Ca3XH (X= C or N) compounds and perovskite type hydrides with XNiH3 (X = Li, Na or K) compounds. The structural, mechanic, electronic, thermodynamic and lattice dynamic properties of these materials have been examined by using the Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) based on DFT. The results have been compared with the available results from the literature and it has been found that the results are consistent with the literature. Furthermore, the hydrogen doping studies to BaXO3, XTiO3 and Ca3XH compounds have been performed and the gravimetric hydrogen storage capacities and the hydrogen desorption temperatures have been obtained to reveal the properties of these materials for the hydrogen storage applications.

Summary:

Dünya'nın enerji talebi, nüfus artışı ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte artmaktadır. Özellikle taşınabilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyan elektronik cihazlar günlük hayatın önemli bir parçası haline gelmiştir. Bu nedenle, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerjinin depolanması ve ayrıca elektronik cihazlara taşınabilir enerji kaynağı sağlamasından dolayı enerji depolama önemli bir gerekliliktir. Hidrojen evrende en çok bulunan element olarak yüksek enerji yoğunluğuna sahip iyi bir enerji taşıyıcıdır. Ayrıca, hidrojen küresel ısınmaya neden olan sera gazlarını salmamaktadır. Bu özelliklere ek olarak, hidrojenin metallerde fiziksel ya da kimyasal bağlarla depolanabilmesi, hidrojen depolama konusunda etkili ve güvenli bir umut verici çözüm olarak görülen katı-hal hidrojen depolama konusunda bir ilginin olmasını sağlamıştır. Bu nedenlerle, hidrojenin yakıt pillerinde kullanımı ortaya çıkmaktadır. Hidrojen depolamada kullanılacak yeni malzemelerin belirlenebilmesi için deneysel çalışmaların maliyeti, zorlukları dikkate alındığında, teorik çalışmalar deneysel çalışmaların aracı durumuna gelmiştir. Teorik çalışmaların en önemli metodu ise yoğunluk fonksiyoneli teorisidir (DFT). Bu metodun son yıllarda oldukça popüler olmasının nedeni, hiçbir deneysel veriye ihtiyaç duymadan kullanılabilmesidir. Bu çalışmada, ilk prensipler hesaplamaları ile katı-hal hidrojen depolama için aday malzeme grubu olabilecek kararlı ve seramik özellik gösteren perovskite malzemelerin hidrojen depolama özellikleri incelenmiştir. Çalışılan perovskite malzemeleri, BaXO3 (X = Sc or Y) and XTiO3 (X = Mg or Ca) bileşikleri ile perovskite malzemeler, Ca3XH (X= C or N) bileşikleri ile de anti-perovskite malzemeler ve XNiH3 (X = Li, Na or K) bileşikleri ile de perovskite tipi hidrürler olarak üç gruba ayrılmıştır. Bu bileşiklerin yapısal, mekanik, elektronik, termodinamik ve örgü dinamik özellikleri DFT tabanlı Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar literatürdeki mevcut çalışmalar ile karşılaştırılmış ve sonuçların literatür ile uyumlu olduğu bulunmuştur. Bunlara ek olarak BaXO3, XTiO3 ve Ca3XH bileşiklerine hidrojen katkılama çalışmaları yapılmış olup bu bileşiklerin hidrojen depolama uygulamalarında kullanımını belirlemek için hidrojen ağırlık depolama kapasitesileri ve hidrojen geri bırakma sıcaklıkları elde edilmiştir.