Eu2O3, La2O3, Nd2O3, Dy2O3 katkılı nano-Bi2O3 katı elektrolit malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of Eu2O3, La2O3, Nd2O3, Dy2O3 dopped nano-Bi2O3 solid electrolyte materials
Yazar: MEHMET YÜKSEKSÖYLEMEZ
Danışman: PROF. DR. MEHMET ARI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Bizmut oksit = Bismuth oxide ; Elektrolitler = Electrolytes ; Kimyasal bileşenler = Chemical component ; Yakıt hücreleri = Fuel cells ; İletkenlik = Conductivity

Özet:
Endüstride, özellikle katı oksit yakıt pilleri için düşük sıcaklıkta yüksek iyonik iletkenliğe, aynı zamanda minimum elektronik iletkenliğe ve düşük aktivasyon enerjisine sahip ideal elektrolit arayışı devam etmektedir. Bu bağlamda yapılan çalışmalarBi2O3 tabanlı elektrolitlerin önemli bir ihtiyacı karşılayacağını işaret etmektedir. Bu tez çalışmasında, nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t(Eu2O3)x(La2O3)y(Nd2O3)z(Dy2O3)t numuneleri atmosferik ortamda katıhal sentez teknikleri ile hazırlandı. Belirli stokiyometrik oranlarla hazırlanan 16 farklı numuneden 740 MPa basınç altında presleme yoluyla paletler oluşturuldu. Toz ve palet formdaki numuneler 800°C'de 100 saat ısıl işleme tabi tutuldu. Numunelerin XRDve TG/DTA/DTG analizleri yapıldı ve FESEM görüntüleri alındı. Sıcaklığa bağlı iletkenlik ölçümleri yapıldı ve aktivasyon enerjileri hesaplandı. XRD verileri işlenerek numunelere ait kırınım desenleri, pik listeleri ve kristalografik parametre tablosu hazırlandı.Numunelerin maksimum iletkenlikleri ile düşük, orta ve yüksek sıcaklık bölgelerindeki iletkenlikleri kıyaslandı. En yüksek iletkenlik 1031°C'de 5.23 S/cm (Bi2O3)0.50 (Eu2O3)0.10 (La2O3)0.10 (Nd2O3)0.10 (Dy2O3)0.20 numunesinde ölçüldü. Düşük sıcaklık bölgesinde maksimum iletkenlik 1,57.10-2 S/cm, orta sıcaklık bölgesinde 1,27.10-1 S/cm ve yüksek sıcaklık bölgesinde 4,64 S/cm ölçüldü. Genel olarak, katkı oranı arttıkça iletkenliğin azaldığı görüldü. En yüksek iletkenliğe sahip numunenin aktivasyon enerjisi 1,361 eV hesaplandı. Diğer taraftan, en düşük aktivasyon enerjileri; düşük sıcaklık bölgesinde 0,965 eV, orta sıcaklık bölgesinde 0,479 eV, yüksek sıcaklık bölgesinde 0.577 eV hesaplandı. Numunelerin DTA eğrileri incelendiğinde herhangi bir endotermik veya ekzotermik faz geçişine karşılık gelen pik gözlemlenmedi.

Abstract:
In the industry, the search for the ideal electrolyte with high ionic conductivity at low temperature, as well as minimum electronic conductivity and low activation energy continues, especially for solid oxide fuel cells. Studies conducted in this context indicate that Bi2O3-based electrolytes will meet an important need. In this thesis, nano-(Bi2O3)1-x-y-z-t(Eu2O3)x(La2O3)y(Nd2O3)z(Dy2O3)t samples were prepared by solid state synthesis techniques in atmospheric environment. Pallets were formed by pressing under 740 MPa pressure from 16 different samples prepared with certain stoichiometric ratios. Samples in powder and pallet form were heat treated at 800°C for 100 hours. XRD and TG/DTA/DTG analyzes of the samples were performed and FESEM images were acquired. Temperature-dependent conductivity measurements were made and activation energies were calculated. By processing XRD data, diffraction patterns, peak lists and crystallographic parameter table of the samples were prepared.The maximum conductivity of the samples and their conductivity in low, medium and high temperature regions were compared. The highest conductivity was measured 5.23 S/cm in the sample (Bi2O3)0.50 (Eu2O3)0.10 (La2O3)0.10 (Nd2O3)0.10 (Dy2O3)0.20 at 1031°C. Maximum conductivity was measured as 1.57.10-2 S/cm in the low temperature region, 1.27.10-1 S/cm in the medium temperature region and 4.64 S/cm in the high temperature region. In general, it was observed that the conductivity decreased as the additive ratio increased. The activation energy of the sample with the highest conductivity was calculated as 1,361 eV. On the other hand, the lowest activation energies; 0.965 eV in the low, 0.479 eV in the medium, and 0.577 eV in the high temperature region were calculated. When the DTA curves of the samples were examined, no peak corresponding to any endothermic or exothermic phase transition was observed.