Mikro yapısal özellikleri iyileştirilmiş Gd2O3 , dy2o3 katkılanmış fcc-ZrO2 tipi katot destekli katı oksit yakıt hücrelerinin üretilmesi ve karakterizasyonları
The production and characterization of improved microstructural properties of cathode supported Gd2O3 , Dy2O3 doping fcc-ZrO2 type solid oxide fuel cell
Yazar: SEBAHATTİN ÇAYIR
Danışman: PROF. DR. ORHAN TÜRKOĞLU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Tez çalışmasında; katot destekli, fcc-ZrO2 katı elektrolit tipi ve beş bileşnli katı oksit yakıt hücrelerinin spin coating yöntemi ile üretimleri ve karakterizasyonları araştırılmıştır. Üretilen yakıt hücrelerinde katkılanmış önce toz olarak devamında tabaka olarak üretilen LaNi1-xFexO3 (x=0.4, 0.4-LNF) perovskiti katot elektrodu olarak kullanılmıştır. fcc-ZrO2 tipi katı elektrolitin faz kararlılığı ZrO2 içerisine Gd2O3 veya Dy2O3 maddelerini Pechini yöntemiyle katkılayarak sağlanmıştır. Sinterleme ısıl işlemleri sonrasında fcc-GdSZ (Gd2O3 katkılayarak kararlı yapılmış fcc-ZrO2) ve fcc-DySZ (Dy2O3 dope edilerek kararlı yapılmış fcc-ZrO2) tiplerinde iki elektrolitin üretimi gerçekleştirilmiştir. Yakıt hücrelerinde 0.4-LNF + katı elektrolitten oluşan kompozit sistemi katot aktif tabaka, NiO + katı elektrolit kompozit sistemi ise anot aktif tabaka olarak kullanılmştır. Anot tabakası olarak ise NiO'in anot aktif tabaka üzerine kaplaması yapılmıştır. Yakıt hücresi performans ölçümleri katı elektrot tipine, sıcaklığa, tabaka kalınlıklarına ve gaz akış hızlarına göre kapalı devre sistemi üzerinden yapıldı. Yapılan ölçümler sonrasında en uygn O2 ve H2 gaz akış hızları sırasıyla 100 ve 80 mL/dak olarak belirlendi. fcc-GdSZ tipi yakıt hücresi sisteminin, fcc-DySZ tipi sistemine göre biraz daha yüksek elektrokimyasal enerji üretim performansı gösterdiği gözlendi. fcc tipi katı elektrolitine katkılanan safsızlık miktarının artırılmasının hücre performanslarını düşürücü yönde etkilediği bulundu. Ölçüm sonuçlarına göre en yüksek performans değerinin 15-GdSZ tipi yakıt hücresi için 700 oC'de 675 mW/cm2 olduğu gözlendi. 
Anahtar Kelimeler: Katı Oksit Yakıt Pilleri, fcc-ZrO2 Tabanlı Katı Elektrolit, Pechini Yöntemi, Yakıt Pilleri Performansı, Perovskit Tipi Katot Elektrotu, O2- tipi iletkenlik.

Abstract:
In the thesis study; the production and characterization of cathode supported, fcc-ZrO2 solid electrolyte type and five component solid oxide fuel cells were investigated. LaNi1-xFexO3 (x=0.4, 0.4-LNF) type perovskite layers were used as the cathode electrode for the production of fuel cells. The cathode and other layers of cells were fabricated with the sping coating system. The phase stabilization of fcc-ZrO2 type solid electrolyte was carried out via the doping of Gd2O3 or Dy2O3 into ZrO2 matrix by using of Pechini method. After heat treatments, two type solid electrolyte of fcc-GdSZ (fcc-ZrO2 stabilized with Gd2O3) and fcc-DySZ (fcc-ZrO2 stabilized with Gd2O3) were manufactured. In the fabricated fuel cells, 0.4-LNF+solid electrolyte and NiO+solid electrolyte composite materials were used as the cathode active and anode active thin layers respectively. Anode electrode of NiO was coated over the anode active thin layer in the cell systems. The electrochemical cell proformance data were obtained via closed electrical circuit assembly. The performances were measured depending on the solid electrolyte type, temperature, thickness of the layers and gas flow rates. According to the performance measurements results, the optimal gas flow rates of O2 ve H2 were determinated as 100 ve 80 mL/min respectively. The electrochemical energy production efficiency measurements also showed that fcc-GdSZ type cells has higher performance than that of fcc-DySZ type systems. 15-GdSZ type fuel cell showed the highest performance which is 675 mW/cm2 at 700 oC.
Keywords: Solid Oxide Fuel Cells, fcc-ZrO2 Based Solid Electrolyte, Pechini Method, The Performance of Fuel Cells, Perosckite Type Cathode Electrode, O2- type electrical conductivity