Erimiş karbonat yakıt hücresi elektrot malzemelerinin şerit döküm tekniği ile hazırlanması ve optimum üretim koşullarının belirlenmesi
Preparation of molten carbonate fuel cell electrodes by tape casting method and determination of optimum production conditions
Yazar: ÇAĞIL ERKAY
Danışman: PROF. DR. GÜLAY ÖZKAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Temiz ve yüksek enerji potansiyeli sebebiyle hidrojen enerjisinin, çağımızın yeni enerji kaynağı olacağı öngörülmektedir. Hidrojen enerjisinin en önemli uygulama alanı yakıt hücreleridir. 
Bu çalışmada; hidrojen enerjisi kullanarak yüksek verimlere ulaşabilen erimiş karbonat yakıt hücresinde (EKYH) bulunan elektrotların üretimi için ham şeritler elde edilmiştir. Karakterizasyon analizleri ile; anot ve katot malzemelerin oluşturulmasındaki en uygun koşullar belirlenmiştir.
Erimiş karbonat yakıt hücresine ait katot ve anot materyallerinin sentezinde nikel oksit ve nikel tozu kullanılmış ve hazırlanan karışımlar şerit döküm (tapecasting) tekniğiyle dökülerek ham şeritler elde edilmiştir.
Anot ham şeritleri hazırlamak amacıyla karışım içerisinde ağırlıkça %20-%56 arasında değişen bir miktarda nikel tozu kullanılmıştır. Plastikleştirici olarak polietilen glikol (PEG), bağlayıcı olarak polivinilbütiral (PVB), seyreltici olarak gliserol, çözücü olarak da bütanol ile beraber etil hegzanol kullanılarak farklı bileşim oranlarında karışımlar hazırlanmıştır. 
Katot ham şeritleri de anotlara benzer olarak hazırlanmış, ancak katot materyali için nikel yerine karışım içerisinde ağırlıkça %23-%37 aralığında değişen miktarda nikel oksit kullanılmıştır.
Hazırlanan karışımların viskozite, kayma gerilimi, tiksotropi gibi akış özellikleri ölçülerek, şerit dökümüne en uygun karışımın formülasyonu belirlenmiştir. Ayrıca ham şeritler kurutulduktan sonra; iletkenlik, çekme ve gözeneklilik testi gibi fiziksel analizler de gerçekleştirilmiş; her açıdan optimum özelliklere sahip anot ve katot şeritler belirlenmiştir. Karışımın akış özellikleriyle bu karışımdan dökülen ham şeridin fiziksel özellikleri arasında ilişki kurularak sonuçlar yorumlanmıştır.
Sonuç olarak optimum akış özellikleri ve fiziksel özellikleri gösteren anot ham şeridin, %35 nikel, %3,5 plastikleştirici ve %3,5 bağlayıcı ile hazırlanan karışımdan elde edildiği görülmüştür. Optimum özelliklere sahip katot şeridin ise %23 nikel oksit, %3 plastikleştirici ve %3 bağlayıcı içerdiği hesaplanmıştır.

Abstract:
Hydrogen energy is expected to be the new energy source of our age because of its clean and high energy potential. The most important application fields of hydrogen energy are fuel cells.
In this study; green tapes were obtained for the manufacture of the electrodes situated in the molten carbonate fuel cell (MCFC) reaching very high efficiency by use of hydrogen energy. The optimum conditions were determined by characterization analyses to form anode and cathode materials.
Nickel oxide and nickel powder were used for the synthesis of anode and cathode materials; and green tapes were obtained by means of tape casting method performing on the prepared mixtures.
An amount varying between 20-56% by weight of nickel powder was used in the mixture for the purpose of preparing anode green tapes. Mixtures were prepared using polyethylene glycol (PEG) as plasticizer, polyvinyl butyral (PVB) as binder, glycerol as dispersant and butanol with hexanol as solvent, in different ratios. 
Cathode green tape were prepared in a similar way to anode green tape synthesis; but instead of nickel, an amount varying between 23% - 37% by weight of nickel oxide was used in the mixture.
The optimum mixture formulation for the tape casting has been determined by measuring the flow characteristics as viscosity, shear stress and thixotropy. Moreover; after the drying process of green tapes, some physical analyzes such as conductivity, tensile strength, and porosity tests were also performed; anodes and cathodes tapes with optimum properties in every respect have been determined. The flow properties of the mixture were correlated with the physical properties of the green tape obtained from the same mixture and the results were commented.
After all, it has been found that the anode green tape with optimum flow properties and optimum physical properties was obtained from the mixture comprising 35% nickel, 3,5% and 3,5% binder and plasticizer by weight. On the other hand, it has been calculated that the formulation of cathode green tape having the optimum properties comprise 23% nickel oxide, 3% binder and 3% plasticizer.