Ultrases yöntemi kullanılarak katı oksit yakıt hücre elektrolitlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of solid oxide fuel cell electrolytes by using ultrasonic method
Yazar: HİKMET OKKAY
Danışman: PROF. DR. MAHMUT BAYRAMOĞLU
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Katı oksit yakıt hücreleri, kimyasal enerjiyi direkt olarak elektrik enerjine çeviren ve yüksek verimlilikleri ve yakıt çeşitliliği gibi özelliklerinden dolayı son yıllarda oldukça ilgi çeken elektrokimyasal cihazlardır. Diğer yakıt hücreleri gibi üç ana komponentten oluşan katı oksit hücrelerinin performansını etkileyen en önemli kısmı katı oksit elektrolit kısmıdır. Katı oksit elektrolit malzemelerin iyonik iletkenlik, kararlılık ve sinterleme sıcaklığının geliştirilmesi üzerine birçok çalışma yürütülmektedir. İyonik iletkenlik gibi özellikleri etkileyen mikroyapısal parametreler çoğunlukla başlangıç tozlarının özelliklerine, bu da kullanılan sentez metodu ve şartlarına bağlı olmaktadır. Sonokimya, ultrases enerjisinin kimyasal reaksiyonlarda kullanılmasıdır ve sonokimyasal metod farklı özelliklerinden dolayı yeni malzemelerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, katı oksit elektrolitler ultrases enerjisi kullanılarak sonokimyasal olarak sentezlenmiştir. Ultrasonik olarak sentezlenen elektrolitlerin fiziksel ve elektrokimyasal karakterizasyonu yapılarak elektrolitlerin, kristalit boyutları, kafes parametreleri, yoğunlukları, iyonik iletkenlikleri gibi karakteristik özelikleri belirlenmiştir. Buna ilave olarak tüm bu özelliklerin ultrases parametreleri (ultrases gücü, puls oranı ve prob tipi gibi) ile değişimi incelenmiştir. Buna ilave olarak, üç faklı dopant türü için farklı dopant konsantrasyonlarında seryum oksit tabanlı elektrolitler, ultrases destekli birlikte çöktürme yöntemi ile sentezlenerek, dopant tipi ve konsantrasyonunun elektrolitin karakteristik özellikleri üzerine olan etkileri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde; ultrases enerjisi kullanılarak elde edilen elektrolitlerin yüksek yoğunluk ve yüksek iyonik iletkenlik gibi olumlu özelliklere sahip olduğu gözlenmiş, ultrases destekli birlikte çöktürme metodunun katkılıseryum oksit elektrolitleri üretiminde avantajlı ve etkili bir yöntem olduğu görülmüştür. Sonuçlar literatür ile karşılaştırıldığında, ultrases enerjisi kullanımının, katı oksit elektrolit sentezinde oldukça kullanışlı bir yöntem olduğu ortaya çıkmaktadır.

Abstract:
Solid oxide fuel cells are efficient electrochemical devices that can directly convert chemical energy into electrical energy and they have received much attention in recent years due to their high efficiency, low pollution and fuel flexibility properties. SOFC consists of three main components and solid electrolyte has been considered as one of the most important parts affecting the performance of solid oxide fuel cell. Many studies are carried out on the ionic conductivity, stability and sintering temperature improvements for the solid oxide electrolyte materials. The microstructural parameters influencing ionic conductivity depend mainly on the characteristics of the starting powder, which differs depending on the synthesis method and conditions used. Sonochemistry is the use of ultrasound energy in the chemical reactions. The sonochemical method has been extensively used to generate novel materials with unusual properties. In this study, solid oxide electrolytes were synthesized using ultrasound energy. The synthesis of solid electrolytes by the ultrasound assisted coprecipitation method was accomplished to explore the effects of ultrasound power, ultrasound pulse ratio and probe type upon the ionic conductivity of electrolytes as well as the lattice parameter, the microstructure, the crystallite size and the density. Also, three types of doped ceria electrolyte were synthesized at various dopant concentrations by ultrasound assisted co-precipitation method. The results of a systematic study investigating the effects of dopant type and concentrations on various characteristics of the ceria samples were reported.  According to the results, electrolytes obtained by using ultrasound energy with a high ionic conductivity and high density were observed. The ultrasound assisted co-precipitation method was shown to be an advantageous and efficient route to produce doped ceria electrolytes. The results are compared with the literature; the use of ultrasound energy is useful synthesis method for the solid oxide electrolytes.