İkili katkılama yöntemi ile bizmut oksit tabanlı yeni tip katı elektrolitlerin üretilmesi ve yapılarının analizi
Synthesis and crystal structure analysis of new type bismuth oxide based solid electrolytes with double doping method
Yazar: PELİN GÜLER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR YILMAZ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Mevcut yakıt pilleri arasında, Katı Oksit Yakıt Hücresi, yüksek enerji dönüşüm verimliliği, farklı yakıt seçenekleri, temiz ve sessiz çalışma gibi avantajlarından dolayı son zamanlarda büyük ilgi görmektedir. KOYH'lerini diğer yakıt pillerinden ayıran ve onları farklı bir kategoriye yerleştiren en önemli özellik, yüksek çalışma sıcaklıklarıdır. Saf Bi2O3'ün altı kristalografik fazı vardır. Bu fazlardan biri de yüzey merkezli kübik (δ) fazdır. δ-Bi2O3 fazının elektriksel iletkenlik özelliği diğer fazlardan çok daha yüksektir. Bu durum KOYH için aranan bir özelliktir.
Bu çalışmada, katı hal reaksiyon yöntemi ile Katı Oksit Yakıt Hücrelerinde katı elektrolit malzemesi olarak kullanılan Bi2O3 bileşiğine lantanit grubu elementlerinden Yb2O3 ve Er2O3 oksitleri (Er2O3)x(Yb2O3)y(Bi2O3)1-x-y (x=0,02, 0,04, 0,06 ve 0,08) (y=0,05, 0,1, 0,15, 0,20) sitokiyometrik aralığında katkılandı. Kararlı bir yüzey merkezli kübik (δ) kristal fazı elde etmek için gereken üretim şartları araştırıldı. Araştırmalar 700 OC, 750 OC, 800 OC sinterleme sıcaklıkları için gerçekleştirildi. Yapısal karakterizasyonları, X-ışını kırınım yöntemi kullanılarak gerçekleştirildi. Bununla birlikte numunelerin termal kararlılıkları Diferansiyel Termal Analiz ile test edildi. Tablet haline getirilen numunelerin yüzey analizleri Taramalı Elektron Mikroskobu ile yapıldı ve örneklerin gözenekliliği kıyaslandı. Çalışmanın sonunda, kararlı δ fazlarının, toplam katkı miktarının 12 mol'ün üzerinde olduğu tüm numunelerde istenildiği gibi başarıyla elde edildiği görüldü. Örgü parametreleri ve katkı miktarları arasındaki ilişki incelendi, katkı miktarının artışıyla örgü parametresinin düştüğü gözlemlendi.

Abstract:
Among the existing fuel cells, Solid Oxide Fuel Cell has attracted great interest recently due to its advantages such as high energy conversion efficiency, different fuel options, clean and quiet working. The most important feature that distinguishes SOFC's from other fuel cells and places them in a different category is high operating temperatures. Pure Bi2O3 has six crystallographic phases. One of this phases is cubic (δ) phase. The conductivity property of the δ-Bi2O3 phase is much higher than the other phases. This situation is required property for SOFC.
In this study Lanthanides of Yb2O3 and Er2O3 oxides were doped to the Bi2O3 compound, which is used as solid electrolyte material in solid oxide fuel cells, using solid state reaction method were added (Er2O3)x(Yb2O3)y(Bi2O3)1-x-y (x=0,02, 0,04, 0,06 ve 0,08) (y=0,05, 0,1, 0,15, 0,20) stoichiometric ratio. The conditions required to obtain a stable face centered cubic (δ) crystal phase were investigated. Investigations were carried out for 700 OC, 750 OC, 800 OC annealing temperatures. The structural characterization was carried out using X-ray powder diffraction Also, thermal properties were investigated by Differential Thermal Analysis. Porosity of pellet samples was compared from their surface images taken from Scanning Electron Microscopy. At the end of the study, it was seen that stable δ-phases were successfully obtained in all samples that the total amount of dopands is more than 12 mol as requested. When the variation of the lattice parameters according to the total addition rate is examined, it is seen that as the amount of additive increases, lattice parameters also increase.