Development of Bi2O3 based-electrolytes for low-temperature SOFC applications
Düşük sıcaklıkta çalışan katı oksit yakıt hücreleri için Bi2O3 tabanlı elektrolitlerin geliştirilmesi
- Tez No: 543460
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 62
Özet
Katı oksit yakıt hücreleri (KOYH) bilinen avantajlarına rağmen, piyasaya sürülebilmeleri için halen bazı problemlerinin çözülmesi gerekmektedir. En büyük sorun bu cihazların yüksek sıcaklıklarda (~800 °C) çalışmalarıdır. Bu sıcaklıklarda KOYH bileşenleri zamanla mikroyapısal ve kimyasal bozunmalara uğrar ve bu sebeple performans kaybı meydana gelir. Performans kaybını önlemek için KOYH sisteminin çalışma sıcaklığını düşürmek 650 °C'nin altına düşürmek en temel yaklaşım olarak karşımıza çıkmaktadır. Yüksek iyonik iletkenlikleri sebebiyle katkılanmış bizmut oksit seramikleri düşük sıcaklıkta çalışan KOYH elektrolitleri için gayet uygun malzemelerdir. Fakat, hedeflenen çalışma sıcaklıklarında yüksek iyonik iletkenlik gösteren kübik-δ fazının kararlılığı tartışmalıdır. Bu çalışmada, molce %28 Y2O3 ile katkılanmış Bi2O3 (YKB)'nin üretim şartlarının faz ve elektriksel iletkenlik kararlılığı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sinterleme sıcaklığının faz ve elektriksel iletkenlik kararlılığı üzerinde büyük bir etkisi olduğu görülmüştür. Örneğin, 800 °C'de sinterlenmiş YKB seramikleri, 650 °C'de 100 saat ısıl işleme tabi tutulduklarında elektriksel iletkenliklerinde eksponansiyel tipte, hızlı bir düşüş göstermişlerdir. Bu düşüşe kübik fazdan rombohedral faza dönüşüm eşlik etmiştir. Diğer yandan, yüksek sıcaklıkta (900-1100 °C) sinterlenmiş YKB seramikleri aynı şartlar altında doğrusal tipte ve daha yavaş bir iletkenlik kaybı göstermişlerdir. Fakat, bu seramiklerde bir faz dönüşümü saptanamamıştır. Aradaki bu farkın, 800 °C'de sinterlenmiş YKB seramiklerinde daha yüksek sıcaklıklarda sinterlenmiş numunelere göre daha yüksek miktarda yarı-kararlı kübik-δ fazı bulunması olduğu öne sürülmüştür. Uygulama açısından bakıldığında, üretim masraflarını düşürmek için geleneksel yaklaşım olan sinterleme sıcaklığının düşürülmesinin, YKB elektrolitlerinde düşük kararlılığa sebep olduğu tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Despite obvious advantages of solid oxide fuel cells (SOFCs), they have some problems that need to be addressed for their commercialization. The major issue is that high operating temperatures (~800 °C) cause performance loss due to microstructural and chemical degradation with time. In order to overcome the performance loss, lowering the operating temperatures of SOFCs down to below 650 °C is the straightforward approach. Doped bismuth oxide ceramics are quite promising for low temperature SOFC electrolyte applications due to their extremely high ionic conductivity. However, the stability of its fast-ionic conductor phase (cubic-δ) at this targeted operating temperature is questionable. In this work, the effects of the fabrication conditions of 28 mol% Y2O3 doped Bi2O3 (YDB) on the phase and electrical conductivity stability was investigated. It was shown that the sintering temperature greatly affects the phase and electrical conductivity stability. For example, YDB ceramics sintered at 800 °C exhibited a fast, exponential-type conductivity decay with a concomitant cubic to rhombohedral phase transformation upon a 100-hour exposure to 650 °C. Conversely, all the YDB ceramics sintered at higher temperatures (900-1100 °C) experienced a slower, linear conductivity decay under the same conditions, but with no observable phase transformation. This difference was connected to the higher amount of metastable cubic-δ phase present in YDB sintered at 800 °C than those sintered at higher temperatures. Practically, it was suggested that for SOFC applications, the conventional approach of lowering the sintering temperature to reduce the manufacturing costs would result in poor stability in YDB electrolytes.
Benzer Tezler
- The preparation and characterization of samples of glass electrolyte for lithium/sodium-ion batteries
Lityum/sodyum-iyon bataryalar için cam elektrolit örneklerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
MURAT ÖZKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET TUNCER ERCİYES
- Ergimiş tuz elektrolizi ile metal oksit/sülfürden başlanarak metal ve metal borür sentezi
Synthesis of metal and metal boride starting from metal oxide / sulfide by molten salt electrolysis
MEHMET BARIŞ DARYAL
Doktora
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
- Fabrication of vanadium and niobium borides via milling-assisted solid state synthesis methods and sintering techniques
Vanadyum ve niyobyum borürlerin öğütme destekli katı hal sentezleme yöntemleri ve sinterleme teknikleri ile üretimi
ÖZGE BALCI
Doktora
İngilizce
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. İSMAİL DUMAN
- Bor minerallerinin flotasyonunda şlamın etki mekanizması
Mechanism of slime coating in the flotation of boron menerals
İLHAN GÜLGÖNÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. YALÇIN KAYTAZ
- Molibden katkılı bivo4 katalizörlerinin geliştirilmesi,karakterizasyonu ve fotokatalitik etkinliklerinin incelenmesi
Development and characterization of molibden metal doped bivo4 catalysts and investition of their photocatalytic activities
TUĞBA YALÇIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN