Mikro-tüp katı oksit elektrolizör geliştirilmesi
Development of microtubular solid oxide electrolyzer
Yazar: GÜLŞAH GERMEN TUTAŞ
Danışman: PROF. DR. BORA TİMURKUTLUK
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında, mikro-tüp katı oksit elektroliz (MTKOE) hücrelerinin buhar ve oksijen elektrotlarının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca buhar elektrodu malzemeleri, katı oksit yakıt pili (KOYP) anot destek imalatı sırasında ortaya çıkan üretim atıklarının geri kazanımından sağlanmıştır. Elde edilen çeşitli geri kazanılmış tozlar, daha sonra şerit döküm-izostatik pres ve ekstrüzyon yoluyla KOYP anot destek mikrotüpleri üretmek için kullanılmıştır. Mikrotüp KOYP hücreler bu destekler üzerine diğer tabakaların daldırma kaplama yöntemiyle kaplanmasıyla inşa edilmiştir. Elektrokimyasal performansların karşılaştırmalı analizlerinin yanı sıra mikroyapısal incelemeler, geri kazanılmış tozlardan ve ticari tozlardan yapılan destekler ve hücreler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, geri kazanılan tozlardan imal edilen anot desteklerin ticari tozlardan yapılanlarla karşılaştırılabilir elektrokimyasal performanslar sergilediğini ortaya koymuş ve önerilen geri kazanım stratejisinin etkin olduğunu göstermiştir. MTKOE çalışmaları kapsamında ekstrüzyon metodu ile geri kazanılan tozlardan buhar elektrot destek tabakaları üretilmiştir. Bu destekler üzerine daldırma kaplama yöntemi ile diğer hücre katmanları kaplanmıştır. Elektrot aktif tabakaları için bileşim, sinterleme sıcaklığı ve gözenek yapıcı miktarının etkisi test ve karakterizasyon çalışmaları ile incelenmiş ve söz konusu parametreler yüksek performans için optimize edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the optimization of steam and oxygen electrodes in micro-tubular solid oxide electrolysis (MTSOE) cells are performed. Additionally, steam electrode materials are gathered through the recovery of manufacturing wastes generated during the production of anode supports for solid oxide fuel cells (SOFCs). The recovered powders are subsequently utilized to fabricate SOFC anode support microtubes using tape casting coupled with isostatic pressing and extrusion techniques. Microtubular SOFCs are fabricated by applying other cell layers onto these supports through dip-coating. Comparative analyses of electrochemical performance and microstructural investigations are conducted on the supports and cells fabricated from both recovered powders and commercial powders. The results show that anode supported fabricated from recovered powders achieved electrochemical performance comparable to those made from commercial powders, confirming the effectiveness of the proposed recovery strategy. In MTSOE studies, steam electrode support layers are fabricated through the extrusion method using powders recovered. Other cell layers are coated onto these supports using the dip-coating technique to obtain MTSOE cells. The effects of composition, sintering temperature, and pore former content on the electrode active layers are examined through testing and characterization studies, and these parameters were optimized for a high performance.