Dy2O3 katkılanmış ?-Bi2O3 tabanlı katı elektrolit ve LSCu katot elektrotu bileşenlerinden oluşan katı oksit yakıt hücresinin üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Dy2O3 doped ?-Bi2O3 based solid electrolyte and LSCu cathode electrode for the application of the solid oxide fuel cells
Yazar: KÜBRA ARSLAN
Danışman: PROF. DR. ORHAN TÜRKOĞLU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Dy2O3 KATKILANMIŞ ?-Bi2O3 TABANLI KATI ELEKTROLİT ve LSCu KATOT ELEKTROTU BİLEŞENLERİNDEN OLUŞAN KATI OKSİT YAKIT HÜCRESİNİN ÜRETİLMESİ ve KARAKTERİZASYONU

Kübra ARSLAN
Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Yüksek Lisans Tezi, Ocak 2014
Danışman: Prof.Dr. Orhan TÜRKOĞLU

ÖZET
Bu tez çalışmasında katot destekli Dy2O3 katkılanarak stabilize edilmiş ?-Bi2O3 (fcc) tabanlı katı elektrolit sistemlerini içeren katı oksit yakıt pilleri (SOFC) üretimi araştırılmıştır. ?-Bi2O3 fazı Dy2O3'in katı hal teknikleri ile katkılanması sonucu elde edildi. Üretilen ?- fazlarının, dört nokta d.c. iletkenlik ölçümlerinden elde edilen verilerin doğrultusunda, fazların oksijen iyonik elektriksel özelliği gösterdikleri bulgulandı. Üretilen hücrelerde, mikro yapı ve elektriksel iletkenlik özellikleri iyileştirilerek üretilen LaSr1-xCuxO3 (x=0.25, LSCu) perovskit malzemesi katot elektrotu olarak kullanıldı. 60% Ag, 40% ?-Bi2O3 bileşenlerinden oluşan sermet anot elektrotu olarak yakıt hücrelerinde uygulamaları gerçekleştirildi. Toz olarak üretilen bütün SOFC bileşenlerinin ince filmleri spin coating yöntemiyle üretildi. Üretilen tabakalar XRD, SEM, DTA/TG ve dört nokta d.c. iletkenlik yöntemi ile karakterize edilmiştir. Mikro yapısal ve elektriksel iletkenlikleri optimize edilmiş tabakaların, sırasıyla katot aktif, katı elektrolit ve anot kaplama karışımları x=0.25, LCu substratı yüzeyine kaplamaları yapıldı. Performans ölçümlerinde H2 ve O2 gazları sırasıyla oksitleyici gaz ve yakıt olarak kullanıldı. Gaz taşıyıcı sistem olarak, çelik-310'dan üretilmiş gaz kanalı sistemi gaz kanalı sistemlerinden faydalanıldı. Performans ölçümleri sonrasında; en uygun tabaka kalınlıklarının; katı elektrolit, anot, katot ve katot aktif tabakaları için sırasıyla ;?40-50 ?m, ?50-60 ?m, ?700-800 ?m ve 20-30 ?m olduğu gözlendi. İdeal kalınlıklardaki bileşenlerden oluşan SOFC sistemlerinin genelde yüksek performans gösterdikleri sonucuna varıldı. En yüksek performanslı hücresi;
 Katot (LSCu)?Katot Aktif (16% ?-DSB+LSCu) ?Katı Elektrolit (16% mol     ?-DSB)?Anot (Hacim Oranı:60% Ag+40% ?-DSB)
 
Üretilen elektrokimyasal hücrelerin en yüksek performans değeri; 30.1 mW.cm-2 düzeyinde oldukları gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Katı oksit yakıt pilleri (SOFC), ?-Bi2O3 tabanlı katı elektrolitler, Ag sermet anot, Yakıt pilleri performansı ve Güç yoğunluğu, Perovskit tipi katot.

Abstract:
PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF Dy2O3 DOPED ?-Bi2O3 BASED SOLID ELECTROLYTE AND LSCu CATHODE ELECTRODE FOR THE APPLICATION OF THE SOLID OXIDE FUEL CELLS

Kübra ARSLAN
Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied Sciences
M.Sc. Thesis, January 2014
                                        Supervisor: Prof.Dr. Orhan TÜRKOĞLU

ABSTRACT
In study, the fabrication of different types of the cathode supported solid oxide fuel cells which contain Dy2O5 doped ?-Bi2O3 (fcc) based solid electrolyte materials were investigated. ?-Bi2O3 phase was stabilized with the doping of Dy2O3 by using the solid state reaction techniques. The four probe d.c. electrical conductivity measurements indicated that the produced ?-phases had oxygen ionic electrical conductivity. The improved of the micro structural and electrical conductivity properties of the perovskite type LaSr1-xCuxO3 (x=0.25, LSCu) material was used as the cathode electrode in the produced fuel cell systems. The cermet of 60% Ag, 40% ?-Bi2O3 and active carbon system was used as the anode electrodes for the electrochemical cells. Thin films of the powder components were produced with the spin coating method. XRD, DTA/TG, SEM and four probe d.c. electrical conductivity characterizations were made for the produced sheets. The improved of the micro structural and electrical conductivity properties of the components were coated on the substrate of the LSCu, order of cathode active, solid electrolyte and anode electrode respectively. The power density characterizations were made by using O2 and CH4 as the oxidant gas and fuel gas respectively. Gas transfer systems were fabricated from the stainless steel-310 materials. According to the performance measurements results; the ideal thicknesses of the SOFC's components were determinated ?40-50 ?m, ?50-60 ?m, ?700-800 ?m and 20-30 ?m for solid electrolyte, anode, cathode and cathode active sheets respectively. The  highest performance appeared stack of 

"Cathode (LSCu)?Cathode Active (16% ?-Bi2O3 +LSCu) ?Solid Electrolyte (16% mol ?-Bi2O3)?Anode (Volume Ratio:70% NiO+30% ?-Bi2O3 )".

The maximum electrochemical cell performance was observed as; 30.1 mW.cm-2. 

Keywords: Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), ?-Bi2O3 Based Solid Electrolyte, Ag Cermet Anode, Fuel Cell Performance and Power Density, Perovskit Type Cathode.