Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ESRA YILDIZ
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Orhan Türkoğlu
Eş Danışman: Ertuğrul Gazi Sağlam
Özet:
Tez çalışmasında; 0.4-LNF katot destekli ve Yb2O3 katkılanarak kararlı hale getirilmiş ZrO2 (fcc) tabanlı katı elektrolit sistemlerini içeren katı oksit yakıt hücrelerinin (SOFC) üretimleri ve karakterizasyonları araştırıldı. Sol-jel yöntemiyle Yb2O3'in ZrO2 içerisine katkılamaları yapılarak, kübik fazın oluşabildiği reaksiyon sıcaklıkları, süreleri ve stokiyometrik katkı konsantrasyonu aralıkları belirlendi. ZrO2 (fcc) toz katı elektrolitlerinden üretilen ince filmlerinin, empedans ölçümleri sonucunda, fazların oksijen iyonik iletkenlik özelliği gösterdikleri bulgulandı. Spin coating yöntemiyle toz olarak üretilen bütün SOFC bileşenlerinin ince filmleri üretildi. Üretilen tabakalar XRD, SEM, DTA/TG ve empedans ölçüm yöntemleri ile karakterize edildi. NiO-YbSZ kompozit ve Ni-YbSZ sermet anot aktif tabakalarından oluşan dört bileşenli yakıt hücrelerinin güç yoğunluğu ölçümleri yapıldı. Gözlenen performansların diğerine göre daha yüksek olması nedeniyle NiO-YbSZ kompozit sisteminin anot elektrotu olarak kullanımının daha uygun olduğu belirlendi. En uygun gaz akış debileri, 1 cm2'lik aktif yüzey alanına sahip yakıt hücresi için oksidant akış hızı 160 mL/dak, yakıt akış hızı ise 80 mL/dak olarak optimize edildi. Kompozit anot sistemi içindeki NiO oranının hücre performansına etkisi de araştırıldı. Bu amaçla, %50, 70, 80 hacimsel oranlarında NiO ve % 50, 30, 20 hacimsel oranlarında YbSZ-tabanlı katı elektrolitten oluşan anot elektrotlarının da SOFC uygulamaları ve karşılaştırmaları yapıldı. Güç yoğunluğu ölçüm sonuçlarına göre 156 mW/cm2 değeri ile %60 NiO+%40 YbSZ kompozit anot sistemini içeren yakıt hücresinin en yüksek performansa sahip olduğu belirlendi. Performansın iyileştirilmesi amacıyla katı elektrolitin kalınlığı azaltıldı ve Katot (LNF)Katot Aktif (8-YbSZ+LNF) Katı Elektrolit (8-YbSZ)Anot Aktif (Hacimce: %60 NiO + %40 YbSZ + 0.3 g Aktif Karbon) yakıt hücresi için güç yoğunluğunun 188 mW/cm2 değerine yükseldiği gözlendi. Performans ölçümleri sonrasında; bileşenlere ait ideal tabaka kalınlıklarının katot+katot aktif, katı elektrolit ve anot aktif, için sırasıyla; 700 m, 30 m ve 65 m en uygun olduğu sonucuna varıldı. Performansı daha da yükseltilebilmek amacıyla, %60 NiO+%40 YbSZ anot aktif tabaka üzerine anot elektrotu olarak saf NiO bileşiği kaplanarak beş bileşenli yakıt hücrelerinin üretimleri ve optimizasyonları yapıldı. Tüm çalışmalar sonucunda beş bileşenli yakıt hücresi için ideal bileşen kalınlıklarının katot+katot aktif: 700 m, elektrolit: 30 m, anot aktif+anot: 70 m şeklinde olması gerektiği sonucuna varıldı. Üretilen beş bileşenli SOFC sistemleri içerisinde en yüksek performansların; Katot (LNF)Katot Aktif (8-YbSZ+LNF) Katı Elektrolit (8-YbSZ)Anot Aktif (Hacimce: %60 NiO + %40 YbSZ + 0.3 g Aktif Karbon)Anot (NiO + 0.3 g Aktif Karbon) beş bileşenli yakıt hücresi için 850 oC'de 274 mW/cm2 düzeyinde olduğu belirlendi. Gözlenen performans değerleri literatür verileriyle karşılaştırıldığında, kabul edilebilir düzeyde oldukları ve tez çalışmasında üretilen hücrelerin endüstriyel bakımdan SOFC uygulamalarında kullanılabilir niteliklerde oldukları sonucuna varıldı.
Bu tezde II.Danışman olarak görev almıştır.