Lantan veya praseodimyum tabanlı seryum katkılı perovskit elektrokatalizörlerin katı oksit yakıt pillerinde katot malzemesi olarak değerlendirilmesi
Evaluation of cerium-doped lanthanum or praseodymium based perovskite electrocatalysts as cathode materials for solid oxide fuel cells
- Tez No: 1023108
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALİT EREN FİGEN, DOÇ. DR. MELTEM KARAİSMAİLOĞLU ELİBOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Enerji, Chemical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Yakıt pili, Fuel cell
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nüfus artışına paralel artan global enerji talebi beraberinde, enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılan fosil yakıtların kullanımını ve bu yakıtlara olan talebi de artırmaktadır. Ancak primer enerji kaynağı olarak kullanılan fosil yakıtların sınırlı olması ve üretiminden kullanımına kadar olan her süreçte çevresel kirliliklere sebep olması alternatif enerji teknolojilerine yönelimi hızlandırmıştır. Elektrokimyasal cihazlardan olan ve pillerin aksine sürekli yakıt beslenerek (hidrojen, hidrokarbon, biyoyakıtlar, sentez gazlar) temiz enerji ihtiyacını sağlayan yakıt pilleri alternatif enerjiye olan ihtiyacı karşılamakta ve kullanılan yanmalı motorlara alternatif oluşturmaktadır [1]. Katı oksit yakıt pilleri, kullanılan yakıtların çeşitliliği, sistemin kompakt katı komponentlerden oluşması, kojenerasyon ile elde edilen verimin artırılabilir oluşu gibi özelliklerinden dolayı diğerlerinden ayrılmaktadır. Oksijen iyonunun elektrolit sistemi üzerinden taşınarak anot tarafında reaksiyona girmesiyle enerji oluşan bu sistemlerde, yüksek sıcaklık ve yakıt hücresi komponentlerinden kaynaklanan bazı dezavantajlar bulunmaktadır. Yakıt oksit pillerinin çalışma performansını düşürerek hem hücrenin verimini hem de dayanımını bozan dezavantajların azaltılması ve iyi çalışacak bir sistemin oluşturulması bu sistemler için önem kazanmaktadır. Bu tez çalışmasında, katı oksit yakıt hücrelerinde katot performansını sınırlayan polarizasyon kayıplarının azaltılmasına yönelik olarak LaCe ve PrCe esaslı perovskit elektrokatalizörlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve elektrokimyasal performanslarının değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda farklı bileşimlerde elektrokatalizörler sol-jel yanma yöntemi ile sentezlenmiş; elde edilen malzemelerin faz yapıları, yüzey kimyası, oksijen türleri ve elektrokimyasal davranışları XRD, XPS, O2-TPD ve EIS analizleri ile incelenmiştir. Ayrıca farklı elektrolit sistemleri ve hücre konfigürasyonları kullanılarak elektrot/elektrolit ara yüzünün hücre performansı üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, özellikle seryum katkısının oksijen iyon hareketliliği ve düşük sıcaklık performansı üzerinde belirleyici olduğunu, uygun praseodiyum oranı ve elektrolit seçimi ile katı oksit yakıt hücrelerinde daha düşük polarizasyon direncine sahip katot malzemelerinin geliştirilebileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In parallel with population growth, the increasing global energy demand has led to a rise in the use of fossil fuels and the demand for them in order to meet energy needs. However, the limited nature of fossil fuels—used as the primary energy source—and their contribution to environmental pollution throughout all stages from production to consumption have accelerated the shift toward alternative energy technologies. Among electrochemical devices, fuel cells—unlike conventional batteries—are capable of continuously generating clean energy through the supply of fuel (such as H₂, hydrocarbons, biofuels, or syngas), and thus represent a viable alternative to traditional combustion engines [1]. Among fuel cell types, solid oxide fuel cells (SOFCs) stand out due to their fuel flexibility, compact solid-state design, and potential for increased efficiency through cogeneration. In these systems, energy is generated via the transport of oxygen ions through the electrolyte and their reaction at the anode side. However, certain disadvantages arise due to the high operating temperatures and the nature of fuel cell components. These drawbacks can reduce the performance of SOFCs, thus negatively impacting both efficiency and durability. Therefore, minimizing these limitations and designing a well-functioning system are of great importance for SOFC development. In this thesis study, LaCe- and PrCe-based perovskite electrocatalysts were prepared, characterized, and electrochemically evaluated with the aim of reducing the polarization losses that limit cathode performance in solid oxide fuel cells. In this context, electrocatalysts with different compositions were synthesized by the sol--gel combustion method, and the phase structures, surface chemistry, oxygen species, and electrochemical behavior of the obtained materials were investigated by XRD, XPS, O2-TPD, and EIS analyses. In addition, the effect of the electrode/electrolyte interface on cell performance was evaluated using different electrolyte systems and cell configurations. The results showed that cerium addition has a significant effect on oxygen ion mobility and low-temperature performance, and that cathode materials with lower polarization resistance can be developed for solid oxide fuel cells through an appropriate Pr ratio and electrolyte selection.
Benzer Tezler
- Recycling of neodymium-iron-boron magnets by nitration, selective roasting and water leaching
Neodimiyum-demir-bor mıknatısların nitrasyon, seçkili kavurma ve suda çözünenleri ayırma yıkaması ile geri dönüşümü
EMİR AKTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CELALETDİN ERGUN
- Lantan katkılı TIIıns2 katmanlı ferroelektrik yarıiletken kristallerin piroelektrik özelliklerine ışık veya elektrik alan ile uyarılmış yapısal safsızlıkların etkisi
Effect of structural defects excited by light or electric field on the pyroelectric properties of lantanium doped TIIins2 layered ferroelectric semiconductor crystals
ELİF ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİRHASAN SEYİTSOY
- Lantan hegzaborür tozunun üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of lanthanum hexaboride powder
DENİZ NALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI
PROF. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
- Nadir toprak elementlerinden lantan ve seryum katkılı iridyum rutenyum karışık metal oksit elektrotların tekstil atıksuyu arıtma performansına etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of lanthanum and cerium-doped iridium ruthenium mixed metal oxide electrodes on textile wastewater treatment performance
MELİKE CEREN OKUR
Doktora
Türkçe
2025
Çevre MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN AKYOL
- Development of a bioactive glass-ceramic co-doped with lanthanum and boron and its biological in vitro studies for bone regeneration applications
Lantan ve bor katkılı biyoaktif cam seramik geliştirilmesi ve kemik rejenerasyonu uygulamaları için in-vitro biyolojik çalışmaları
RIHAB BADRADDIN SHUKUR AL-AKASHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriKarabük ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN KOÇ