Geri Dön

Katı oksit yakıt hücrelerinde katot elektrodu olarak kullanılmak üzere lantan kobalt oksit ince filmlerinin geliştirilmesi

Development of lanthanum cobalt oxide thin films for solid oxide fuel cell cathode applications

  1. Tez No: 620460
  2. Yazar: SEVİM ERDÖL
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Seramik Mühendisliği, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences, Ceramic Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 74

Özet

Katı oksit yakıt hücreleri (KOYHlar) yakıtları geleneksel yöntemlerden daha verimli bir şekilde (%60'ın üzerinde) yüksek sıcaklıklarda (700-1000°C) kimyasal enerjiyi elektrik enerjisi ve ısıya dönüştürebilen cihazlardır. Yüksek verimlilikte çalışabilmesi ve hidrojen gazını da yakıt olarak kullanabilmesi, bu cihazların herhangi bir yan ürün oluşturmadan çalışmaları ve hidrokarbon gazlara bağlılığın azalmasına olanak sağladıkları için enerji üretim alanında en umut verici alternatif olmuştur. Fakat endüstriyelleşmenin önündeki en büyük engel yüksek sıcaklıklarda zamanla görülen performans kaybı ve yüksek maliyette güç üretmeleridir. Bu problemin çözümü için KOYHların bileşenlerinde kimyasal ve mikroyapısal bozunma meydana gelmeyecek sıcaklıklarda (≤600 °C'de) çalıştırılması hedeflenmektedir. Fakat düşük çalışma sıcaklıkları katotta meydana gelen oksijen indirgenme tepkimesinin yavaşlamasına ve dolayısıyla yüksek polarizasyon direnci göstermesine neden olur. Bu yüzden bu çalışmada düşük sıcaklıkta düşük katot polarizasyon direnci gösterebilecek katot malzemelerinden biri olan perovskit yapıdaki La1-xSrxCoO3 (LSC) malzemesi üzerine yoğunlaşılmıştır. Genellikle tozların sinterlenmesi, darbeli lazer biriktirme, alev spreyleme gibi yöntemlerle üretilen LSC katotları, bu tez çalışmasında, literatürde ilk defa etilen glikol temelli polimerik öncü çözelti yöntemi ile yttriya katkılı zirkonya (YSZ) ve daha yüksek iyonik iletkenliğe sahip olan Gd2O3 katkılı CeO2 (GDC) elektrolitler üzerine kaplanarak üretilmiştir. Altlık malzemesinin faz, mikroyapı, yüzey kimyası ve dolayısıyla elektrokimyasal aktivite üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu araştırmalarda kristalleşme davranışını incelemek için x-ışınları kırınımı (XRD), diferansiyel termal ve termogravimetrik analizler (DTA-TGA) ile belirlenmiştir. İnce film katotların mikroyapı analizleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile, yüzey kimyaları x-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ölçümleri ile tespit edilmiştir. Ayrıca elektrokimyasal özelliklerinin belirlenmesi için elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) analizleri yapılmıştır.

Özet (Çeviri)

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are devices that can convert chemical energy of fuels into electrical energy with efficiencies exceeding 60%, at relatively high temperatures of 700-1000°C. SOFCs are one of the most promising energy conversion technology alternatives to the conventional ones, due to their extremely high efficiencies and their ability to use hydrogen as fuel, which allows operation without carbonaceous gas emissions and reduces dependence on fossil fuels. Microstructural and chemical degradation-induced performance losses that occur upon long-term operation at high temperatures prevent the commercialization of these devices. A straight-forward approach to solve this problem is to operate SOFCs at temperatures (≤600 °C) and thus prevent or slow-down chemical and microstructural degradation. However, at low temperatures, oxygen reduction reactions that take place at the cathode also slow-down significantly, causing high polarization resistance and thus low power density. Therefore, the aim of the present work is the development of cathode materials that can operate with polarization resistances at low temperatures. Specifically, mixed ionic-electronic conductor La1-xSrxCoO3 (LSC) with the perovskite structure is the focus. In this thesis, ethylene glycol based polymeric precursor solution method was adopted to fabricate LSC cathode thin films on yttria stabilized zirconia (YSZ) and gadolinia doped ceria (GDC) electrolytes, for the first time at the literature. The effect of electrolyte substrate on the phase, microstructure, surface chemistry evolution and thus the electrochemical activity of the LSC cathodes were investigated. X-ray diffraction, differential thermal analysis and thermogravimetric analysis experiments were performed to monitor the phase formation and crystallization behavior, while scanning electron microscopy (SEM) analyses revealed the microstructural evolution. Surface chemistry and the electrochemical activity of the produced thin films were monitored by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements, respectively.

Benzer Tezler

  1. Katı oksit yakıt hücreleri için ce1-x Mx O2-(x/2) esaslı elektrolitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu

    Preparation and characterization of ce1-x Mx O2-(x/2) based electrolytes for solid oxide fuel cells

    GÖKNUR DÖNMEZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Enerjiİstanbul Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER

  2. AB-initio modelling of oxygen reduction reaction on doped graphene surface in acidic media

    Katkılanmış grafen yüzey üzerindeki oksijen indirgenmereaksiyonunun asidik ortamda AB-initio modellenmesi

    HASAN OZAN AVCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ADEM TEKİN

  3. BaO-CeO2-SrO üçlü oksit sisteminde faz dengelerinin deneysel incelenmesi

    Experimental phase studies in the BaO-SrO-CeO2 oxide system

    HANİFİ ERAY KORKMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK

  4. Sm2o3 katkılanmış zro2 tabanlı katı elektrolit bileşeninden oluşan katot destekli katı oksit yakıt hücrelerinin üretilmeleri

    Production of sm2o3 doping zro2 solid electrolyte type solid oxide fuel cells

    YILDIZ TUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    KimyaErciyes Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ORHAN TÜRKOĞLU

  5. Katı oksitli yakıt pilleri katot malzemeleri için La0.5Sr0.5Fey(M=Ni/Co)1-yO3 üretimi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of La0.5Sr0.5Fey(M=Ni/Co)1-yO3 for solid oxide fuel cells cathode materials

    ALI ABDULAZEEZ A ABDULWAHHAB

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiMersin Üniversitesi

    Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELMA ERAT