Düşük sıcaklıkta çalışan katı oksit yakıt hücreleri için Bi2O3 temelli kompozit ince film katotların geliştirilmesi
Development of Bi2O3 based composite thin film cathodes for low-temperature solid oxide fuels
- Tez No: 573394
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Katı Oksit Yakıt Hücreleri (KOYHlar), bünyesinde gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyonlarla yakıttan doğrudan elektrik üreten bir dönüşüm aygıtıdır. Çeşitli gazları yakıt olarak kullanabilmesi, sessiz çalışması, çevre dostu olması (i.e., hidrojen kullanımında reaksiyon sonucu yan ürün olarak yalnızca su oluşur) ve %80'e yakın verimle çalışması nedeniyle enerji alanındaki araştırma-geliştirme çalışmalarında ümit vaat edici bir konu haline gelmiştir. Yüksek çalışma sıcaklıklarında (800-1000°C), KOYH bileşenlerinde zamanla mikroyapısal ve kimyasal bozunmalar ve dolayısıyla performans düşüşleri gözlemlenir. Bu problemin çözümü için KOYHlar'ın çalışma sıcaklıklarının ≤650°C düşürülmesi gerekmektedir. Fakat düşük KOYH çalışma sıcaklıkları elektrotlarda yavaş elektrokimyasal tepkimeye ve bunun sonucunda bu bileşenlerin yüksek direnç göstermesine yol açar. Bu nedenle yeni elektrot malzemelerinin ve/veya uzun üçlü faz sınırına (elektrokatalizör-iyonik iletken-gaz fazlarının kesiştiği sınır) sahip yeni mikro-yapıların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışması hem yeni malzemelerin hem de yeni üretim yöntemlerinin geliştirilmesi yaklaşımlarını birleştiren bir araştırma sunmaktadır. KOYH katotlarında sıklıkla elektro-katalizör olarak kullanılan La0.8Sr0.2MnO3 (LSM) ve La0.8Ca0.2MnO3 (LCM), Y2O3 katkılı Bi2O3 (YDB) ile birlikte kompozit formda katot olarak kullanılmıştır. Literatürde nadiren kullanılan LSM-YDB ve LCM-YDB kompozitleri, literatürde ilk defa, polimerik çözelti yöntemi kullanılarak ince filmler halinde üretilmiştir. Bu yöntem, katyonların moleküler seviyede karışmasına olanak sağlayarak ve yüksek sıcaklıklarda ısıl işleme ihtiyaç duymayarak nanokompozit yapıda, uzun üçlü faz sınırına sahip katotların üretilmesine olanak vermiştir. Polimerik çözelti yöntemi ile üretilen LSM-YDB ve LCM-YDB nanokompozit ince filmlerinin kristalleşme davranışı x-ışınları kırınımı (XRD), diferansiyel termal ve termogravimetrik (DTA-TGA) analizler ile tespit edilmiştir. İnce film elektrotların mikroyapısal evrimi taramalı elektron mikroskobu (SEM), elektrokimyasal aktiviteleri ise elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Katı Oksit Yakıt Hücreleri (KOYHlar), bünyesinde gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyonlarla yakıttan doğrudan elektrik üreten bir dönüşüm aygıtıdır. Çeşitli gazları yakıt olarak kullanabilmesi, sessiz çalışması, çevre dostu olması (i.e., hidrojen kullanımında reaksiyon sonucu yan ürün olarak yalnızca su oluşur) ve %80'e yakın verimle çalışması nedeniyle enerji alanındaki araştırma-geliştirme çalışmalarında ümit vaat edici bir konu haline gelmiştir. Yüksek çalışma sıcaklıklarında (800-1000°C), KOYH bileşenlerinde zamanla mikroyapısal ve kimyasal bozunmalar ve dolayısıyla performans düşüşleri gözlemlenir. Bu problemin çözümü için KOYHlar'ın çalışma sıcaklıklarının ≤650°C düşürülmesi gerekmektedir. Fakat düşük KOYH çalışma sıcaklıkları elektrotlarda yavaş elektrokimyasal tepkimeye ve bunun sonucunda bu bileşenlerin yüksek direnç göstermesine yol açar. Bu nedenle yeni elektrot malzemelerinin ve/veya uzun üçlü faz sınırına (elektrokatalizör-iyonik iletken-gaz fazlarının kesiştiği sınır) sahip yeni mikro-yapıların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışması hem yeni malzemelerin hem de yeni üretim yöntemlerinin geliştirilmesi yaklaşımlarını birleştiren bir araştırma sunmaktadır. KOYH katotlarında sıklıkla elektro-katalizör olarak kullanılan La0.8Sr0.2MnO3 (LSM) ve La0.8Ca0.2MnO3 (LCM), Y2O3 katkılı Bi2O3 (YDB) ile birlikte kompozit formda katot olarak kullanılmıştır. Literatürde nadiren kullanılan LSM-YDB ve LCM-YDB kompozitleri, literatürde ilk defa, polimerik çözelti yöntemi kullanılarak ince filmler halinde üretilmiştir. Bu yöntem, katyonların moleküler seviyede karışmasına olanak sağlayarak ve yüksek sıcaklıklarda ısıl işleme ihtiyaç duymayarak nanokompozit yapıda, uzun üçlü faz sınırına sahip katotların üretilmesine olanak vermiştir. Polimerik çözelti yöntemi ile üretilen LSM-YDB ve LCM-YDB nanokompozit ince filmlerinin kristalleşme davranışı x-ışınları kırınımı (XRD), diferansiyel termal ve termogravimetrik (DTA-TGA) analizler ile tespit edilmiştir. İnce film elektrotların mikroyapısal evrimi taramalı elektron mikroskobu (SEM), elektrokimyasal aktiviteleri ise elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir.
Benzer Tezler
- Development of Bi2O3 based-electrolytes for low-temperature SOFC applications
Düşük sıcaklıkta çalışan katı oksit yakıt hücreleri için Bi2O3 tabanlı elektrolitlerin geliştirilmesi
YAVUZ SELİM AYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- Katı oksit yakıt hücreleri için düşük ve orta sıcaklıkta çalışan yeni anot malzemelerinin geliştirilmesi ve performans analizleri
Development and performance analysis of new anode materials for low and intermediate temperature solid oxide fuel cell
ALİ MURAT SOYDAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Bilim ve TeknolojiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER YILDIZ
PROF. DR. ALİ ATA
- Doğrudan metan katı oksit yakıt hücreleri için seramik esaslı anot malzemelerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preperation and characterization of ceramic based anode materials for direct methan solid oxide fuel cells
RENİN SEDA KUĞUOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ GÜRKAYNAK
- Development of novel electrolyte and anode materials for intermediate temperature solid oxide fuel cell
Katı oksit yakıt pilleri için yeni elektrolit ve anot malzemelerin geliştirilmesi
ÖZGE YARAŞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
EnerjiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OKTAY DEMİRCAN
- Experimental phase studies in the BaO-CeO2-Gd2O3 system
BaO-CeO2-Gd2O3 sisteminde deneysel faz çalışmaları
ÇAĞRI ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK