Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

Katı Oksit Yakıt Hücreleri İçin Ce_1-x M_x O_2-(x/2) Esaslı Elektrolitlerin

Hazırlanması ve Karakterizasyonu

Uygun fosil yakıt rezervlerinin azalmasıyla oluşan endişeler ile küresel ısınma, kirletici gazların emisyonu gibi çevresel sorunların artışına bağlı olarak elektrokimyasal dönüştürücüler araştırma konusu olarak ilgi çekmiştir. Temiz, etkin ve çevre dostu yöntemlerle enerji üretimi, mühendislerin ve bilim insanlarının en önemli araştırma konularından biridir. Yakıt hücreleri yakıtın kimyasal enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürürler, etkin sistemlerdir ve yanma gerekmediği için çevreyi kirletmezler. Ayrıca yakıt hücreleri ticari olarak elektrik enerjisi üretimi uygulamalarında kullanılmak üzere gereken boyutlarda geliştirilme potansiyeline sahiptir. Yakıt hücre sistemleri, taşınabilir elektronik cihazlardan büyük güç tesislerine kadar pek çok uygulamada ihtiyaçları karşılamaya uygun sistemlerdir. Yakıt hücre kullanımı için gelecek vadeden uygulamalar taşınabilir güç, ulaşım, bina kojenerasyonu ve dağıtılabilir güç sistemleri gibi uygulamaları kapsamaktadır.

Katı oksit yakıt hücreleri yüksek enerji etkinliği, platin gibi pahalı elektrokatalizörlerin kullanımı gerekmeksizin elektrot (anot ve katot) kinetiklerinin hızlı olması, yakıttaki safsızlıklara direnç göstermesi ve diğer yakıt hücre çeşitlerinde zehir etkisi göstermesine rağmen CO, CH₄ ve diğer karbon esaslı yakıtların kullanılabilmesi sebebiyle özel olarak ilgi çekmiştir. Araştırmaların çoğu yitriya stabilize zirkonya (YSZ) elektrolitler, lantan veya kalsiyum katkılı stronsiyum manganit (LSM) katotlar ve Ni-YSZ sermet yapılı anotlar gibi katı oksit yakıt hücresi materyallerinin geliştirilmesi üzerinde yoğunlaşmıştır. YSZ elektrolitler yeterli iyonik iletkenliğe ulaşılabilmesi için yüksek operasyon sıcaklığı (~1000 ºC gerektirirler, bu da kullanılacak elektrot, bağlantı elemanı ve yapı materyallerinin seçiminde kısıtlamalara yol açar. Sonuçta, katı oksit yakıt hücrelerinin maliyeti, ticarileşmelerini önleyen en önemli faktör haline gelir. Bu sorunları ortadan kaldırmak için orta sıcaklıklarda yüksek iyonik iletkenlik gösteren elektrolitlere gerek duyulmaktadır. Son araştırmalarla orta sıcaklıklarda işletilen katı oksit yakıt hücrelerinin geliştirilmesi için çeşitli nadir toprak metali katkılı seryum oksitlerin elektrolit malzemesi olarak kullanılabileceği ortaya çıkmıştır.

Bu çalışmanın amacı orta sıcaklıkta işletilen katı oksit yakıt hücreleri için yoğun yapılı, iyonik iletkenliği yüksek metal oksit katkılı seryum oksit esaslı elektrolitlerin poliol yöntemi kullanılarak hazırlanması ve TG/DTA, XRD, SEM, EIS, EDS ile karakterize edilmesidir. EIS ile yapılan iyonik iletkenlik analizi sonucunda en yüksek iyonik iletkenlik değerini veren malzemenin SDC20 olduğu belirlenmiştir.