Katı oksit yakıt hücreleri için la1-xsrxfeo3 temelli kompozit katotların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of la1-xsrxfeo3 based composite cathodes for solid oxide fuel cells
- Tez No: 625402
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Seramik Mühendisliği, Energy, Engineering Sciences, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Katı oksit yakıt hücrelerinin (KOYHlar) ticari olarak kullanılabilmesi için en doğru yaklaşım çalışma sıcaklığının 800 °C'den 650°C'ye düşürülmesidir. Ancak KOYHlar'da çalışma sıcaklığı düştükçe iyon taşınımı ve elektrokimyasal reaksiyonlar yavaşlar ve bu da polarizasyon direncinin artmasına, dolayısıyla, performansın düşmesine neden olur. Bu sebeple, bu çalışmada, 650°C'de dahi yüksek elektrokimyasal aktivite gösteren katotların geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, geleneksel üretim yöntemi olan tozların birlikte sinterlenmesi yaklaşımı terk edilmiş, onun yerine elektrokatalizör (La0.8Sr0.2FeO3, LSF ve Ce0.8Sm0.2O2, SDC) iyonik iletken fazların katyonlarını ihtiva eden polimerik çözeltilerin karışımları elektrolit seramikler üzerine kaplanmıştır. Daha sonra düşük sıcaklıklarda (600-900 °C) ısıl işlem sonrasında moleküler seviyede karışmış olan katyonların tercihli olarak kümeleşerek LSF-SDC kompozit katotlarını oluşturacağı öngörülmüştür. Düşük ısıl işlem sıcaklıkları ve katyonların moleküler seviyede karışmasının nanokompozit bir yapı meydana getireceği ve oldukça uzun elektrokatalizör/iyonik iletken kontağının yüksek elektrokimyasal performans getireceği düşünülmüştür. Üretilen katotlarda farklı sıcaklıklarda ısıl işlem sonrasında ortaya çıkan fazların analizleri elektrokimyasal performans analizleri x-ışınları kırınımı (XRD) mikroyapı ve element dağılımı analizleri ise incelemek için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve taramalı elektron mikroskobu enerji dağılımlı x-ışınları spektroskopisi (SEM-EDS) ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca polimerik çözeltilerin, kristalleşme davranışlarını incelemek için diferansiyel termal analiz (DTA)- termogravimetrik analiz (TGA), yüzey kimyalarının tespiti için x-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler sonucunda hedeflenen LSF ve SDC fazlarının elde edildiği tespit edilmiş, 650 °C'de 0,33 Ω.cm2 gibi umut verici elektrokimyasal performans elde edilmiş ve bu performansın 100 saat boyunca stabil kaldığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The most straight-forward approach to avoid component degradation and thus, develop commercially available solid oxide fuel cells (SOFCs) is to lower the operating temperatures from 800 °C down to ≤650 °C. However, as the SOFC operating temperature decreases, ion transport and electrochemical reactions slow-down, which causes an increase in polarization resistance and consequently, lower performance. For this reason, in this study, it was aimed to develop cathodes with high electrochemical activity which can work even at 650 ° C. For this purpose, the co-sintering of powders approach, which is the traditional production method, has been abandoned and instead, a mixture of polymeric electrocatalyst (La0.8Sr0.2FeO3, LSF) and ionic conductor (Ce0.8Sm0.2O2, SDC) precursors are coated on ceramic electrolytes. It is predicted that the cations mixed at the molecular level will preferentially cluster to form LSF-SDC composite cathodes upon heat treatment at low temperatures (600-900 °C). Low heat treatment temperatures and mixing of cations at the molecular level was considered to allow for a nanocomposite structure and long electrocatalyst/ionic conductor contact, thus high electrochemical performance. Analysis of the phases occurring after heat treatment at different temperatures in the produced cathodes, electrochemical performance analysis,x-ray diffraction (XRD), microstructure and element distribution analysis were carried out by scanning electron microscopy (SEM) and scanning electron microscope energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM-EDS). In addition, differential thermal analysis (DTA), Thermogravimetric Analysis (TGA), x-ray photoelectron spectroscopy analysis (XPS) were performed to investigate the crystallization behavior of polymeric solutions. As a result of these analyses, it was determined that the targeted LSF and SDC phases were obtained. A promising electrochemical performance of 0,33 Ω.cm2 at 650°C, as long-term stability for 100 hours were also obtained.
Benzer Tezler
- Katı oksit yakıt hücreler için La1-xSrxFeO3 ince film katotlarının üretimi ve elektrokimyasal performansı
Production and electrochemical performance of La1-xSrxFeO3 thin film cathodes for solid oxide fuel cells
EMRAH DEMİRKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- 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
SEVİM ERDÖL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- Δ-Bi2O3 katı elektrolit içeren La(1−x)SrxCuO2.5 katot destekli katı oksit yakıt hücrelerinin üretilmesi ve karakterizasyonu
The production and characterization of La(1−x)SrxCuO2.5 cathode supported solid oxide fuel cells contained δ-Bi2O3 solid electrolyte
SEDA ÖZKUZUGÜDENLİ
- 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
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiMersin ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERAT
- Katı oksit yakıt hücreleri için bizmut oksit içeren kompozit elektrolitlerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of bismuth oxide containing composite electrolytes for solid oxide fuel cells
SELMA NUR BÜYÜKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİGÜL BÜYÜKAKSOY