Ho2O3, Yb2O3, Dy2O3 ve B2O3 katkılı nano-Bi2O3 yakıt pili elektrolit malzemelerin sentezi ve yüksek sıcaklık özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of high temperature properties of nano- Bi2O3 fuel cell electrolyte materials wi̇th Ho2O3, Yb2O3, Dy2O3 and B2O3
Yazar: TUĞBA ÇİFCİ KAYMAZ
Danışman: PROF. DR. MEHMET ARI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Aktivasyon enerjisi = Activation energy ; Elektriksel iletkenlik = Electrical conductivity ; Elektrolitler = Electrolytes ; Faz geçişleri = Phase transitions ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Bu tez çalışmasında nano-Bi2O3 tabanlı beşli sistem katı elektrolitler, katı hal reaksiyonu ile sentezlendi. Toz nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t(Ho2O3)x(Yb2O3)y(Dy2O3)z(B2O3)t beşli sisteminin kristalografik ve elektriksel özellikleri araştırıldı (x=5-10-15-20, y=5-10-15-20, z=5-10-15-20, t=5-10-15-20). Elde edilen örneklerin; elektriksel iletkenlik özellikleri Dört Nokta Elektriksel Ölçüm Tekniği (4PPT) ile, kristal yapı analizleri X-Işını Kırınım Difraksiyon (XRD) ile, termal analizleri Termogravimetrik Analiz ve Diferansiyel Termal Analiz (DG/DTA) ile, yüzey analiz görüntüleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile, element analizleri ise Enerji Dağılım Spektrometresi (EDX) teknikleri ile gerçekleştirildi. Bu tezde beşli sistemlerin XRD ölçümleri sonucunda δ (kübik)-fazına sahip kararlı yapıda ve  (karışık) yapıda örnekler elde edildi. Elektriksel iletkenlik ölçümleri sonucunda, nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t(Ho2O3)x(Yb2O3)y(Dy2O3)z(B2O3)t beşli sisteminde Ho2O3 sabit olmak üzere Yb2O3, Dy2O3, B2O3  %5, 10, 15, 20 mol miktarının artması ile elektriksel iletkenliğin azaldığı gözlendi. Tüm örneklerin 750 0C'deki elektriksel iletkenlik değerleri kıyaslandığında çalışma sıcaklığında en yüksek iletkenlik, nano-(Bi2O3)0.80(Ho2O3)0.05(Yb2O3)0.05(Dy2O3)0.05(B2O3)0.05 beşli sisteminde olup 1.74x10-1 (ohm.cm)-1 mertebesindedir. Bu örneğin ortalama kristal boyutu, birim hücre parametresi ve yarı maksimumum pik genişliği saf kübik fazın parametreleri ile örtüşmektedir. Nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t(Ho2O3)x(Yb2O3)y(Dy2O3)z(B2O3)t beşli sisteminde, düşük sıcaklık aralığı aktivasyon enerjileri 0.37 eV ≤  Ea  ≤ 1.38 eV aralığında iken, yüksek sıcaklık aralığında ise 0.38 eV ≤ Ea ≤ 1.85 eV aralığında değişmektedir.

Abstract:
In this study, nano-Bi2O3-based quintuple-system solid electrolytes were synthesized by solid state reaction. The crystallographic and electrical properties of the powder nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t (Ho2O3)x (Yb2O3)y (Dy2O3)z (B2O3)t quintuple system were investigated (x=5-10-15-20, y=5-10-15-20, z=5-10-15-20, t=5-10-15-20). The samples obtained; electrical conductivity properties were performed with Four Point Electrical Measurement Technique (4PPT), crystal structure analyzes were performed with X-Ray Diffraction Diffraction (XRD), thermal analyzes were performed with Thermogravimetric Analysis and Differential Thermal Analysis (DG/DTA), surface analysis images were performed with Scanning Electron Microscope (SEM), and elemental analysis was performed with Energy Distribution Spectrometry (EDX) techniques. In this study, as a result of XRD measurements of the quintuple systems, samples with a stable structure with a δ (cubic)-phase and δ+α (mixed) structure were obtained. As a result of electrical conductivity measurements, it was observed that electrical conductivity decreased with the increase of the amount of Yb2O3, Dy2O3, B2O3 5 %, 10, 15, 20 mol with Ho2O3 constant in the nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t(Ho2O3)x(Yb2O3)y(Dy2O3)z(B2O3)t quintuple system. When the electrical conductivity values of all samples at 750 0C are compared, the highest conductivity at the operating temperature is nano-(Bi2O3)0.80(Ho2O3)0.05(Yb2O3)0.05(Dy2O3)0.05(B2O3)0.05 quintuple system and is in the order of 1.74x10-1 (ohm.cm)-1. The average crystal size, unit cell parameter and semi-maximum peak width of this sample coincide with the parameters of the pure cubic phase. In the nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t(Ho2O3)x(Yb2O3)y(Dy2O3)z quintuple system, the low- temperature range activation energies are in the range of 0.37 eV ≤ Ea ≤ 1.38 eV, while in the high temperature range they range from 0.38 eV ≤ Ea ≤ 1.85 eV.