Hidrojen yakıtlı katı oksit yakıt hücrelerinde katot ve anot yüzeylerine uygulanan katkı ve ince film kaplamaların çoklu fizik tabanlı incelenmesi
Multiple physics-based investigation of additives and thin film coatings applied to cathode and anode surfaces in hydrogen-fuelled solid oxide fuel cells
- Tez No: 941648
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZLEM ONAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Kaynakları ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 192
Özet
Bu tez çalışmasında, hidrojen yakıtlı katı oksit yakıt pilleri (KOYP), COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak çoklu fiziksel modelleme yaklaşımıyla analiz edilmiştir. COMSOL Multiphysics, elektrokimyasal reaksiyonlar, ısı transferi, mekanik gerilmeler ve akışkan hareketleri gibi çoklu fiziksel süreçleri eşzamanlı simüle ederek sistem analizinde tercih edilmiştir. Literatür taraması sonucunda, anot için Ni-YSZ, katot için LSM, elektrolit için 8YSZ ve akış kanalları için Inconel 625 seçilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında 800 °C, 900 °C ve 1000 °C sıcaklıklarında yapılan analizlerle optimum sıcaklık belirlenmiş, 900 °C'nin en dengeli performansı sunduğu bulunmuştur. Bu sıcaklıkta, yaklaşık 0 V'da 22.623 A/m² maksimum akım yoğunluğu, 0,5 V'da ise 5536 W/m² maksimum güç yoğunluğu elde edilmiştir. İkinci aşamada, platinyum (Pt) ve paladyum (Pd) ince film kaplamalarının sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. İnce film kaplamalar mekanik, termal ve elektriksel performansı artırmış; Pt kaplama, Pd'ye göre daha yüksek enerji verimliliği sunmuştur. Son aşamada, Pt kaplamalı yapılara molibden (Mo) ve tungsten (W) dopingleri uygulanmış ve karşılaştırmalı analizler yapılmıştır. Mo dopingi, dengeli enerji dağılımı ve düşük kayıp sağlarken; W dopingi, yüksek akım yoğunluğu ve etkili reaksiyon yönetimi avantajı sunmuştur. Genel olarak, Mo-dopingi uygulanmış Pt kaplamalı KOYP yapısı en yüksek verimlilik, düşük enerji kaybı ve dengeli mekanik dayanım sunarak en uygun sistem konfigürasyonu olarak belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, hydrogen-fuelled solid oxide fuel cells (SOFCs) were analyzed using a multiphysics modeling approach with the COMSOL Multiphysics software. COMSOL Multiphysics was chosen for the system analysis due to its ability to simultaneously simulate multiple physical phenomena, including electrochemical reactions, heat transfer, mechanical stresses, and fluid dynamics. Based on a literature review, Ni-YSZ was selected as the anode material, LSM as the cathode, 8YSZ as the electrolyte, and Inconel 625 for the flow channels. In the first phase of the study, analyses were conducted at 800 °C, 900 °C, and 1000 °C to determine the optimum operating temperature. It was found that 900 °C provided the most balanced performance. At this temperature, a maximum current density of approximately 22,623 A/m² at 0 V and a maximum power density of 5536 W/m² at 0.5 V were achieved. In the second phase, the effects of platinum (Pt) and palladium (Pd) thin film coatings on system performance were investigated. The thin film coatings significantly improved mechanical, thermal, and electrical performance, with Pt coatings offering higher energy efficiency compared to Pd. In the final phase, molybdenum (Mo) and tungsten (W) dopings were applied to the Pt-coated structures, and comparative performance analyses were carried out. Mo doping provided balanced energy distribution and reduced losses, whereas W doping enhanced current density and reaction management efficiency. Overall, the Pt-coated SOFC structure with Mo doping demonstrated the highest efficiency, minimized energy loss, and achieved balanced mechanical stability, making it the most suitable system configuration.
Benzer Tezler
- Farklı interkonnektör tasarımı ve çalışma sıcaklıkları için düzlemsel katı oksit yakıt hücresinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the different interconnector design and operating temperatures on a planar solid oxide fuel cell
SÜLEYMAN ALTINDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ GÜREL
- 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
- Dynamic modelling, simulation based analysis and optimization of hybrid ship propulsion systems
Gemi hibrit tahrik sistemlerinin dinamik modellemesi, optimizasyonu ve simülasyon temelli analizi
ÖMER BERKEHAN İNAL
Doktora
İngilizce
2022
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ
- Amonyak yakıtlı katı oksit yakıt pillerinin sayısal modellemesi
Numerical modelling of ammonia fuelled solid oxide fuel cell
MOLLA ASMARE ALEMU
Doktora
Türkçe
2022
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İLBAŞ
- Kömür gazı yakıtlı katı oksit yakıt pillerinin sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of coal gas fueled solid oxide fuel cells
BERRE KÜMÜK
Doktora
Türkçe
2022
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İLBAŞ