Katı oksit yakıt hücreleri için serya esaslı elektrolitlerin hazırlanması: sinterlenme kinetiğinin incelenmesi
Preparation of the ceria-based electrolytes for solid oxide fuel cells: investigation of the sintering kinetics
Yazar: DİLARA GÜÇTAŞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Enerji ihtiyacının giderek artması, fosil yakıtların tükenmesi ve küresel ısınmanın da etkilerini göstermesiyle beraber insanoğlu temiz enerji arayışı içerisine girmiştir. Bu noktada elektrokimyasal dönüştürücüler olan yakıt hücreleri üzerine gerçekleştirilen çalışmalar da giderek artmaktadır. Yakıt hücreleri, yüksek enerji dönüşümleri ve düşük çevresel etkileri sayesinde geleceğin enerji üretim teknolojisi olma yolunda ilerlemektedir.
Yakıt hücresi türleri arasında katı oksit yakıt hücreleri, yüksek dönüşüm oranları ve geniş uygulama alanları ile dikkat çekmektedir. Ancak yüksek verim beraberinde yüksek işletim sıcaklıklarını da (800-1000 ℃) getirdiği için katı oksit yakıt hücreleri pahalı bir teknolojidir. Günümüzde gerçekleştirilen çalışmaların çoğu daha düşük sıcaklıklarda yüksek verim sağlayacak iyonik iletkenlikleri yüksek elektrolitlerin sentezlenmesi üzerine kuruludur.
Çeşitli elektrolit malzemeleri arasında katkılı serya elektrolitler orta işletim sıcaklıklarında (500-800 ℃) yüksek iletkenlik değerleriyle dikkat çekmektedir. Bu malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi, iletkenlik değerlerini etkileyen parametrelerin iyi anlaşılmasına bağlıdır. 
Malzemenin üretim yöntemi, kalsinasyon ve sinterleme koşulları, malzemenin yoğunluğu ve daha birçok alt etmen iyonik iletkenlik değerini etkilemektedir. Çeşitli üretim teknikleri arasında hapsetme teknikleri basit yapılarıyla dikkat çekmektedir. Sinterleme prosesi ise başlı başına ele alınması gereken bir konudur. Sinterleme tekniği, sinter sıcaklığı, ısıtma hızı ve sinter süresi malzemenin özelliklerini ciddi ölçüde değiştirmektedir.
Bu çalışmanın temel amacı, farklı hapsetme yöntemleriyle üretilmiş samaryum katkılı serya elektrolitlerin farklı sinterlenme koşullarına maruz bırakılarak özelliklerinin incelenmesidir. Bu bağlamda düşük, orta ve yüksek sıcaklıklar ve sürelerde sinterlenen elektrolitler incelenmiş ve sinterlenmeyi sağlayan temel mekanizma açığa çıkarılarak, değişik koşulların son ürün üzerine etkileri belirlenmiştir.

Abstract:
With the increasing need for energy, the depletion of fossil fuels and the effects of global warming, human beings are in search of clean energy. At this point, studies on fuel cells, which are electrochemical converters, are gradually increasing. Fuel cells are on the way to become the energy production technology of the future thanks to their high energy conversions and low environmental effects.
Among the fuel cell types, solid oxide fuel cells attract attention with their high conversion ratios and wide application areas. However, solid oxide fuel cells are an expensive technology as high efficiency brings along high operating temperatures (800-1000 ℃). Most of the studies carried out today are based on the synthesis of electrolytes with high ionic conductivity, which will provide high efficiency at lower temperatures.
Among the various electrolyte materials, doped ceria electrolytes attract attention with their high conductivity values at intermediate operating temperatures (500-800 ℃). Improving the properties of these materials depends on a good understanding of the parameters affecting the conductivity values.
The production method of the material, calcination and sintering conditions, density of the material, and many other sub-factors affect the ionic conductivity value. Among the various production techniques, templating methods draw attention with their simple structures. The sintering process is a subject that should be handled by itself. Sintering technique, sintering temperature, heating rate, and sintering time significantly change the properties of the material.
The main purpose of this study is to investigate the properties of samarium-doped-ceria electrolytes produced by different templating methods by exposing them to different sintering conditions. In this context, the electrolytes sintered at low, medium, and high temperatures, and durations were examined and the basic mechanism providing sintering was exposed, and the effects of different conditions on the end product were determined.