Metan esaslı katı oksit yakıt hücreleri için anot katalizörlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of anode catalyst for methane based solid oxide fuel cell
Yazar: VEDAT SARIBOĞA
Danışman: PROF. DR. M. ALİ GÜRKAYNAK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Anotlar = Anodes ; Katalizörler = Catalysts ; Metan = Methane ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Yakıt hücreleri kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren cihazlardır. Geleneksel güç üretim sistemleri ile karşılaştırıldığında yakıt hücreleri birçok avantaja sahiptirler. En dikkat çekici avantajı olarak kimyasal enerjinin doğrudan elektrik enerjisine çevrilmesi ile ilişkili olarak arttırılmış verim olarak gösterilebilir. Yakıt hücreleri NOx, SOx gibi partiküllü kirlilikler oluşturmadığından dolayı diğer sistemlere göre daha temiz sistemlerdir.Katı oksit yakıt hücreleri(SOFC) sağladıkları yüksek enerji verimi ve nispeten yakıttaki safsızlıklara gösterdikleri düşük duyarlılık sebebi ile büyük ilgi çekmektedirler. Bu özelliklerin hepsi kullanılan sistem dizaynı ve kullanılan malzemelerden dolayı gerekli yüksek operasyon sıcaklığının sonucu olduğundan, katı oksit yakıt hücreleri 873 ile 1273 K aralığında çalıştırılırlar. Bu sıcaklık aralığında elektrot reaksiyonları daha hızlı olduğundan dolayı düşük sıcaklık polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücrelerine göre yüksek katot potansiyeli sağlanır. Ayrıca yüksek sıcaklıkta oluşan atık ısıdan faydalanılabilir. Safsızlıklar açısından bakınca, düşük sıcaklık yakıt hücreleri için zehirlenmelere sebep olan CO, SOFC için yakıt olarak kullanılabilmektedir. SOFC' de yakıttaki kükürt içeriğine duyarlılık olmasına rağmen PEM tipi yakıt hücrelerine göre bu duyarlılık daha düşüktür.Enerji kaynağı olarak hidrokarbon kullanıldığında, reforming sonucu oluşan CO ve H2 karışımı ile katı oksit yakıt hücresinin sentez gazı ile çalıştırıldığı varsayılır. Bununla beraber, göreceli olarak yüksek operasyon sıcaklıklarında dış reforming olmaksızın hidrokarbonun anoda doğrudan beslenmesi uygun olabilmektedir. Hidrokarbonun doğrudan sağlanması yakıt hücresinin operasyonunu kolaylaştırır ve özellikle dış reforming kaynaklı kayıpların önüne geçeceğinden dolayı verim artışı sağlar.Bu çalışmada tabakalı şerit döküm tekniği ile değişik anot yapılarında tek hücreler hazırlanmış ve karakterize edilmiştir. Hücrelerin karakterize edilmesinde SEM, EIS ve i-v eğrilerinden faydalanılmıştır.

Abstract:
Fuel cells are electrochemical devices that directly convert chemical energy into electrical energy. There are numerous advantages to using fuel cells over traditional power generation systems. The most attractive advantage is the increased efficiency associated with directly converting chemical energy into electrical energy. Fuel cells are cleaner than other systems, as they do not produce particulate pollutants, such as NOx and SOx.Solid oxide fuel cells have received a great deal of attention because they offer the promise of very high efficiency with relatively low sensitivity to impurities in the fuel. Both of the properties result from the operating temperatures, which, depending on the system design and the materials used, range from roughly 873 to 1273K. In this temperature range, the electrode reactions are relatively fast, so that high cathode over-potentials found with low-temperature proton-exchange-membrane (PEM) fuel cells can be much lower. Furthermore, the waste heat in an SOFC is produced at a temperature the heat can be used. Regarding impurities, CO, a severe poison for low-temperature fuel cells, is a fuel for SOFC. While SOFC are sensitive to sulfur, they are much less sensitive than PEM fuel cells.When using hydrocarbons as the energy source of energy, it is usually assumed that SOFC must operate on syngas, a mixture of CO and H2 produced by reforming; however the relatively high operating temperatures of SOFC make it feasible to feed hydrocarbons directly to the anode without external reforming. Direct utilization of hydrocarbons could simplify the use of fuel cells operating on hydrocarbons and significantly improve efficiency by avoiding the losses associated with external reformer.In this work; single cells with different anode structures were prepared by layered tape casting method and characterized. To characterize the cells, SEM, EIS and i-v curves were used.