Katı oksit yakıt pillerinde elektrot/elektolit arayüzey dinamiğinin incelenmesi
Investigation of electrode/electrolyte interface dynamics of solid oxide fuel cells
- Tez No: 342823
- Danışmanlar: PROF. DR. BEYCAN İBRAHİMOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Katı oksit yakıt pili (KOYP) çalışması sırasında hücre içinde meydana gelen homojen olmayan elektrokimyasal reaksiyonlar ve sınır koşulları hücre içerisinde sıcaklık farklılıklarının oluşmasına yol açmaktadır. Elektrolit ve elektrot malzemelerinin farklı ısıl genleşme katsayıları nedeniyle sıcaklık gradyenti durumunda gerilmeler oluşmakta ve hücre içerisinde ayrışma (delaminasyon) ve çatlaklar meydana gelmektedir. Bu çalışmada operasyon parametrelerinin sıcaklık dağılımına etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Bu çalışmada endüstriyel boyutta bir KOYP hücresinde meydana gelen sıcaklık dağılımı ve sıcaklığa bağlı performans değişimi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Hücre içinde sıcaklık gradyentine neden olan en önemli etkinin akım yoğunluğu olduğu tespit edilmiştir. Sayısal sonuçlarla deneysel sonuçların uyum içinde olduğu anlaşılmıştır. Yapılan deneyler hücre performansının çalışma sıcaklığına bağlı olarak zamanla düştüğünü göstermiştir. Hücre içinde performans düşüşünün temellerini araştırmak için elektrolit/anot ara yüzeyi, yeterince üçlü faz bölgesi ve gözenek içeren 5x5 mikrometre boyutlarındaki bir hücre kesintinde meydana gelen ısı transferi, elektrokimyasal reaksiyonlar ve gerilmeler sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal analizde kullanılan mikro geometri gerçek elektrot geometrisini temsil eden yapı Dream 3D programı ile üretilmiştir. Enerji ve şarj korunum denklemleri gerilme ve elektrokimyasal reaksiyonları temsil eden denklemler COMSOL Akışkanlar Mekaniği yazılımı ile çözülmüştür. 2 boyutlu sayısal model deneysel verilerle yeterince örtüşmediği için sayısal çalışma 3 boyutlu gerçekleştirilmiştir. Sayısal sonuçlar elektrolit/anot arayüzeyinde ve üçlü faz sınırlarında ısıl genleşme farkından dolayı gerilmeler oluştuğu ve sıcaklık arttıkça gerilmelerinde arttığını ve kopma riski oluşturduğunu göstermiştir. Gerilmelerin elektrot yapısı içinde elektrolit malzemesinin ve gözeneklilik miktarının arttırılması ile azaltılabileceği tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
During the solid oxide fuel cell (SOFC) operation, the non-homogenous reactions and boundary conditions cause temperature gradient in the cell. The stress is generated due to the temperature gradient as a result of the thermal expansion mismatch of the electrolyte and electrodes and delamination and crack occur. In this study, the effects of the SOFC operation parameters on the temperature distribution are investigated experimentally. In this study, the temperature distribution and the corresponding performance variation within the SOFC with industrial sizes are investigated both experimentally and numerically. The most effective parameter that creates a temperature gradient in the cell is found to be current density. The numerical results show good agreement with the experimental results. The experiments show that the cell performance degrades with the operation time depending on the operation temperature. In order to examine the main reasons for the degradation of the cell performance, heat transfer, electrochemical reactions and stresses are numerically investigated for electrolyte/anode interfaces within a small volume of the cell with 5 µm x 5 µm captured from the cell. The micro-geometry used in the numerical analysis, which mimics the real electrode structure, is generated via Dream 3D software. The governing equations representing the conservation of energy and charge, mechanics and electrochemical reactions are numerically solved by COMSOL software. Since 2D model does not agree well with the experimental results, 3D geometry is used. The numerical results reveal that stress is generated at the electrolyte/anode interface and triple phase boundary edges due to the thermal expansion difference and the stress is found to increase with the temperature up to material limits. The stress is found to decrease with the increasing the electrolyte content in the anode and the porosity of the anode.
Benzer Tezler
- Thin film coatings with various materials and techniques for smart glass applications
Akıllı cam uygulamaları için farklı malzemeler ve tekniklerle ince film kaplamalar
AYŞE DİCEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ZAYİM
- Advanced electrode/electrolyte materials for low and intermediate temperature solid oxide fuel cells
Düşük ve orta sıcaklık katı oksit yakıt pilleri için geliştirilmiş elektrot/elektrolit malzemeleri
DİDEM BERCESTE BEYRİBEY
Doktora
İngilizce
2012
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYFETTİN ERTURAN
- Katı oksit yakıt pillerinde kullanılmak üzere K2NiF4 yapısında elektrot madde sentezleri ve elektrokimyasal karakterizasyonu
Synthesis and electrochemical characterization of K2NiF4 structure electrode materials for solid oxide fuel cell applications
HASAN ASLANBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
KimyaSüleyman Demirel ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SİBEL DİKMEN
- Katı membranlı yakıt pillerine yönelik LaSrNiO4 esaslı elektrotların termokimyasal analizi
Thermochemical analysis of LaSrNiO4 based electrodes on solid oxide fuel cells
ANIL ÇELEBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK
- Katı oksit yakıt pillerinde kompozit cam-seramik sızdırmazlık malzemesinin dinamik davranışlarının deneysel ve teorik incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of dynamic bevaour a composite glass-ceramic sealant in sofcs
AHMET BAKAL
Doktora
Türkçe
2014
EnerjiNiğde ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT DURSUN MAT