Erimiş karbonatlı yakıt hücrelerinde kullanılan katı elektrolitik yapı maddesinin sentezi ve karakterizasyonu çalışmaları
Synthesis and characterization of molten carbonate fuel cell solid electrolyte materials
Yazar: VECİHE ERGENÇOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. GÖKSEL ÖZKAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Malzeme bilimi = Material science ; Malzeme davranışı = Material behavior

Özet:
Alternatif enerji kaynaklarından biri olan H2 enerjisi ve bu enerjiyi sağlayan yakıt hücreleri, geleceğin önemli enerji üretim prosesleri olarak karşımıza çıkacaktır. Bunun en önemli sebebi fosil kaynakların tükenmesi ve çevre kirliliğinin artması olarak gösterilebilir.Bu çalışmanın ilk aşamasında özellikle sabit enerji üretim proseslerine alternatif olan Erimiş Karbonatlı Yakıt Hücresi (EKYH) sistemlerinin elektrolitik matriksi ve matriks hammaddesi olan LiAlO2'ın sentez koşulları araştırılmıştır. Üç farklı lityum bileşiği (LiOH, LiNO3 ve Li2CO3) ve iki farklı aluminyum bileşiği (Al2O3, Al(OH)3 kullanılarak sentez çalışmaları yürütülmüştür. Sentezlerde her reaksiyon dört farklı pH'ta (1,5, 4, 9,5, 12) gerçekleştirilmiş ve üç farklı kalsinasyon sıcaklığında hava ortamında kalsine edilmiştir.Çalışmanın ikinci aşamasında ise sentezlenen LiAlO2 numunelerinden, organik bileşenler kullanılarak sol-jel tekniği ile çamurların hazırlanması ve şerit döküm tekniği ile de matriks formlarının sentezleri yapılmıştır. Ayrıca Li2CO3-K2CO3-LiAlO2 bileşenlerinin ötektik karışımlarından da bir matriks çalışması yapılmıştır ve bu ham şeritin kurutulduktan sonraki kalınlığı 0,4 mm olarak ölçülmüştür. Ayrıca oluşturulan ötektik karışımın yüzey alanı 57,24m2/g olarak ölçülmüştür.Farklı girdi bileşenlerinden sentezlenen LiAlO2 örneklerinin yüzey alanının kalsinasyon sıcaklığı ile değişiminin deneysel olarak incelendiği çalışmada faz dönüşümlerinin etkin olduğu üç sıcaklık seçilmiştir (650, 800, 950oC). Sonuçlarda orta sıcaklık bölgesinde yüzey alanının düştüğü (50-55m2/g) yüksek sıcaklıklarda, yapısal değişimden dolayı artış gösterdiği (55-80m2/g) gözlenmiştir.Yürütülen karakteristik deneyler (TGA-DSC, XRD, BET analizleri) sonucunda Li2CO3 ve Al(OH)3 kullanılarak elde edilen a fazında bulunan ve 650oC'de kalsine edilen LiAlO2'ın uygun olduğu sonucuna varılmıştır. En yüksek yüzey alanı değeri 163,89m2/g ile yine Li2CO3 ve Al(OH)3 kullanılarak elde edilen a fazında bulunan ve 650oC'de kalsine edilen LiAlO2 bileşiğinde görülmüştür.

Abstract:
H2 as one of the alternative energy sources and fuel cells supplying this energy will be most common and important energy production processes. Running out of fossil energy sources and environmental pollution are the most important reasons of this fact.As a first stage in this thesis, electrolytic matrices of EKYH systems and synthesis conditions of LiAlO2 material of matrix have been researched particularly. Synthesis operations are executed by using three different kinds of lithium compounds (LiOH, LiNO3 and Li2O3) and two different kinds of aluminum compounds (Al2O3, Al(OH)3). The synthesis conditions for all reactions done in four different pH levels (1,5, 4,5, 9,5 and 12) and has been calcinated at three different calcination temperatures in the air.At the second stage of the thesis, mud were prepared at proper amount of organic compounds of synthesized LiAlO2 samples by using sol-gel technique and synthesizes of matrix samples were synthesized by using tape-casting technique. In addition, a matrix study has been realized with eutectic mixture of Li2CO3-K2CO3-LiAlO2 compounds and thickness of this raw strip were measured as 0.4 mm after drying process. This mixtures? surface area was obtained as 57,24 m2/g.For surface area studies and experiences LiAlO2 examples were synthesized from different compounds, and three calcination temperatures (650, 800, 950oC) were chosen that was occured phase transformation. Consequently at the middle temperatures, the surface area was reduced (50-55m2/g). At the high temperatures it was increased (55-80m2/g) because of the changes its strucure.As a result of thermal, structural and surface area characterization experiments (TGA-DSC, XRD and BET analyses), it is concluded that LiAlO2 which is produced with Li2CO3 and Al(OH)3, was in alfa phase and calcinated at 650oC is convenient. The largest surface area was obtained in LiAlO2 compound that 163,89m2/g which is produced with Li2CO3 and Al(OH)3, was in alfa phase and calcinated at 650oC.