Nd2O3 ve Gd2O3 katkılanmış Bi2O3 elektrolitlerinin kristalografik ve elektriksel iletkenlik özelliklerinin araştırılması
Investigation of crystallographic and electrical conductivity properties of Nd2O3 and Gd2O3 doped Bi2O3 electrolytes
Yazar: FUNDA KAYA
Danışman: DOÇ. DR. TUNCAY KARAASLAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında Bi2O3 tabanlı ikili sistem örnek materyalleri ısıl işleme tabi tutularak katı hal reaksiyonu ile sentezlendi. Katı oksit yakıt hücresi için geliştirilen bu elektrolitlerin yapısal özellikleri X-Işınları Difraktometresi (XRD) karakterize edildi. Elektriksel özellikleri ise dört nokta elektriksel iletkenlik yöntemi yoluyla karakterize edildi. Bu tezde, Bi2O3)1-x-y (Nd2O3)x (Gd2O3)y üçlü sisteminin kristalografik ve elektriksel özellikleri araştırıldı (x=5-10-15-20, y=5-10-15-20). Üçlü sistemlerin XRD ölçümleri sonucunda δ(kübik)-fazına sahip kararlı yapıda örnekler elde edildi. Elektriksel iletkenlik ölçümleri sonucunda, (Bi2O3)1-x-y (Nd2O3)x (Gd2O3)y üçlü sisteminde %5 mol Nd2O3 sabit olmak üzere Gd2O3 % mol miktarının artması ve %10 mol Nd2O3 sabit olmak üzere Gd2O3 % mol miktarının artması ile elektriksel iletkenliğin azaldığı gözlendi. %15 mol Nd2O3 sabit olmak üzere Gd2O3 % mol miktarının artması ile elektriksel iletkenlik genel olarak artmaktadır. En yüksek iletkenlik, (Bi2O3)0.90(Nd2O3)0.5(Gd2O3)0.5 sisteminde olup 1.81x10-1(ohmcm)-1mertebesindedir. (Bi2O3)1-x-y(Nd2O3)x(Gd2O3)y üçlü sisteminde düşük sıcaklık aralığında aktivasyon enerjileri 0.91 eV ≤ Ea ≤ 1.74 eV aralığında iken yüksek sıcaklık aralığında aktivasyon enerjileri 0.67 eV ≤ Ea ≤ 1.05 eV aralığında değişmektedir. Bu çalışmada sentezi gerçekleştirilen katı elektrolit sistemlerinin birçok endüstriyel uygulamalarda, örneğin katı oksit yakıt hücrelerinin (SOFC) üretiminde kullanılabilecekleri öngörüldü.

Anahtar Sözcükler: Yakıt hücresi, Katı elektrolit, Katıhal Reaksiyonu, Elektriksel iletkenlik, Aktivasyon enerjisi

Abstract:
In this study, Bi2O3 ternary system sample materials were synthesized using solid state reaction method sintered. Structural and electrical properties of these electrolyte samples for solid oxide fuel cells (SOFCs) have been evaluated by means of XRD probe method. In this thesis, crystallographic and electrical conductivity properties of (Bi2O3)1-xy(Nd2O3)x(Gd2O3)y ternary systems have been investigated. As a result of XRD measurements, δ (cubic)-phase (x=5-10-15-20, y=5-10-15-20) samples were obtained with a stable structure. The results of the electrical measurements of the (Bi2O3)1-x-y (Nd2O3)x (Gd2O3)y ternary system, show that the electrical conductivity increases with Gd2O3 molar ratio at a fixed molar ratio of Nd2O3. The highest conductivity of the (Bi2O3)0.90(Nd2O3)0.5(Gd2O3)0.5 system is 1.81x10-1 (ohm.cm)-1. The activation energy of low temperature range was found that the values varies from 0.91 eV to 1.74eV and the activation energy of high temperature varies from 0.67 eV to 1.05 eV. The samples which are synthesized in this study can be used in diverse industrial applications such as electrolytes of the solid oxide fuel cells (SOFC). 

Keywords: Fuel cell, Solid electrolyte, Solid state reaction, Electrical conductivity,     Activation energy