Combinatorial development of LSF-based cathode materials for intermediate temperature solid oxide fuel cells
Kombinatoryal yaklaşımla LSF esaslı kompozit katotların orta sıcaklık katı oksit yakıt pilleri için geliştirilmesi
- Tez No: 676019
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Bu tez, katı oksit yakıt pilleri (KOYP) için LSF bazlı kompozit katotların geliştirilmesini konu almaktadır. Katot, LSM, LSF ve ScSZ' den oluşacak tarzda kombinatoryal yaklaşımla sıçratma-çöktürme yöntemi ile sentezlenmiştir. Elektrolit olarak, skandiyum oksit katkılı zirkonyum oksit kullanılmıştır. Her oksit için iletkenlik ve termal genleşme ile ilgili detaylı taramalardan sonra seçilen stokiyometriler LSF, LSM ve ScSZ için sırasıyla La0.8Sr0.2FeO3-δ , La0.5Sr0.5MnO3-δ ve Sc0.15Zr0.85O2-δ olmuştur. ScSZ elektrolit tozu, nitratlarından Pechini yöntemi ile 900 0C de kalsinlenerek üretilmiştir. Tipik olarak 2mm kalınlığındaki elektrolit diskler presleme ve 1500 0C'de sinterleme yöntemiyle üretilmiştir. Bu yöntemle üretilen elektrolitlerde iyonik iletkenlik 600 0C'de 3.5x10-4 S.cm-1 olarak tespit edilmiştir. Katot sentezi her üç üretecin LSM, LSF ve ScSZ eşzamanlı sıçratılması ile sentezlenmiştir. Üçgen geometrideki üç üreteç üzerinde, gene üçgen geometride toplam 21 elektrolit altlık üzerine katot kaplanmıştır. Bu geometride elde edilen katotlar LSM-LSF-SCSZ üçlü diyagramında geniş bir alanda dağılım göstermişlerdir. Katotların performansı simetrik hücreler üzerinde elektrokimyasal empedans spektroskopisi kullanılarak 600-800 0C arasında 50 0C aralıklarla ölçülmüştür. Alan spesifik direnç (ASR) değerleri 600 0C'de katot kompozisyonuna bağlı olarak 29 ila 676 ohm.cm2 arasında bulunmuştur. 800 0C'de bu değerler 0.33 ile 5.55 ohm.cm2 aralığındadır. ASR değerleri açısından en iyi katot kompozisyonu LSM0.750LSF0.125ScSZ0.125 ve yakın kompozisyonlar olarak tespit edilmiştir. Bu kompozisyonda elde edilen 0.33 ohm.cm2 değeri, katodun 800 0C ye yakın sıcaklıklarda kullanılabileceğini göstermektedir. Çalışma sıcaklığını daha düşük sıcaklıklara düşürmek için LSM'nin yerine hem iyonik hem elektronik iletkenlik özelliği bulunan ruddlesden-popper tipi bir oksit ile değiştirilmesinin uygun olacağı düşünülmüştür. Çalışma sıcaklığında böyle bir düşüşü sağlama potansiyeli olan LaSr3Fe3O10-δ (rp-LSF) katot malzemesinin LSM yerine kullanılması önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis focuses on the synthesis, characterization, and processing of LSF based composite cathode for solid oxide fuel cells. The cathode comprises three oxides; LSM, LSF and ScSZ which are synthesized by co-sputtering using combinatorial approach. The electrolyte was Scandia doped Zirconia(ScSZ), as it has attractive ionic conductivity at lower temperatures. Having chosen the electrolyte ScSZ as electrolyte. After detailed analysis with regard to conductivity and thermal expansion for each oxide, the compositions selected were La0.8Sr0.2FeO3-δ , La0.5Sr0.5MnO3-δ and Sc0.15Zr0.85O2-δ LSF, LSM, ScSZ respectively. Electrolyte powder was fabricated by Pechini method using nitrates as precursors, calcined at 900 0C. Electrolyte disc of typically 2mm thick were obtained by pressing and sintering at 1500 0C. This has yielded an electrolyte with ionic conductivity of 3.5x10-4 S.cm-1 at 600 0C. A total of 21 composite cathodes were deposited on electrolytes, each with a different composition. The performance of cathodes was characterized via EIS measurements on symmetric cells. A temperature ranges from 600 0C up to 800 0C was covered at 50 0C interval. LSM-LSF-ScSZ ternary diagram was mapped in terms of area specific resistance (ASR). The ASR values at 600 0C varied from 29 to 676 ohm.cm2. At 800 0C the values were significantly better which ranged from 0.33 to 5.55 ohm.cm2. The mapping of ASR values yielded a region close to LSM0.750LSF0.125ScSZ0.125 where ASR was minimum. The value obtained was 0.33 ohm.cm2 implying that the cathode is suitable for use at temperatures slightly above 800 0C. It was anticipated that in order to reduce operating temperature of SOFC to lower temperature LSM may be replaced by ruddlesden-popper type oxide. It was proposed that LaSr3Fe3O10 (rp-LSF) may be used in place of LSM with a potential to achieve this reduction.
Benzer Tezler
- Development of LSF-based dual-phase cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells
LSF esaslı çift fazlı katodların orta sıcaklık katı oksit yakıt pilleri için geliştirilmesi
RAMIN BABAZADEH DIZAJ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Combinatorial development of LSC-113/LSC-214 cathode materials for intermediate temperature solid oxide fuel cells
Orta sıcaklıklı katı oksit yakıt pilleri için LSC-113/LSC-214 katot malzemelerinin geliştirilmesi
DOĞANCAN SARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY
- Types of homology and some applications on manifolds
Homoloji türleri ve manifoldlar üzerinde uygulamaları
MERVE KAHRAMAN ARİMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
MatematikYıldız Teknik ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE KARA HANSEN
- Yeşil yazılımda enerji tüketimini düşürmeye yönelik kombinatoryal bir algoritma geliştirilmesi
Development of a combinatorial algorithm to reduce energy consumption in the green software
İBRAHİM ŞANLIALP
Doktora
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSüleyman Demirel ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCAY YİĞİT
DOÇ. DR. MUHAMMED MARUF ÖZTÜRK
- Otonom kutu istifleme robot hücreleri için meta-sezgisel optimizasyon algoritması geliştirilmesi
Development of a meta-heuristic optimization algorithm for autonomous bin packing robot cells
HARUN GEZİCİ
Doktora
Türkçe
2022
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYDAR LİVATYALI