Gadolinyum katkılı ZrO2 katı elektrolitlerin üretilmesi, karakterizasyonu ve yakıt pili uygulaması

Abstract

Bu çalışmada, Gd2O3-ZrO2 ikili sisteminin farklı mol oranlarında katkılanmasıyla üretilen katı oksit yakıt pilleri karakterize edilmiştir. Pechini yöntemiyle Gd2O3'ün ZrO2 içerisine katkılamaları yapılarak tetragonal fazın oluştuğu reaksiyon sıcaklıkları, süreleri ve stokiyometrik katkı aralıkları belirlenmiştir. Şerit döküm tekniğiyle imal edilen katı oksit yakıt pillerinin ince filmleri üretilmiştir. Üretilen bileşenler, XRD, SEM, DTA/TG ve empedans ölçüm yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Şerit döküm tekniğiyle imal edilen katı elektrolit sistemlerinin empedans ölçümleri sonucunda en yüksek iletkenlik düzeyi, % 8 mol Gd2O3 katkılanmış katı elektrolit sistemi için 800 °C'de 4,74x10-2 S/cm olarak gözlenmiştir. NiO/NiO-GdSZ/GdSZ/LSCF-GdSZ/LSCF tabakalarından oluşan beş bileşenli yakıt pillerinin performans ölçümü yapılmıştır. Elde edilen maksimum güç yoğunluğu olan 23,973 mW/cm2 değerinin benzer literatür verileriyle karşılaştırıldığında kabul edilebilir düzeyde olduğu ve tez çalışmasında üretilen pillerin, KOYP uygulamalarında kullanılabilir nitelikte olduğu bildirilmiştir.

In this study, Gd2O3-ZrO2 binary system, which contain different molar ratios, was investigated solid state electrolytes fuell cell. ZrO2 tetragonal phase was stabilized with the doping of Gd2O3 by using the Pechini techniques. Thin films of the powder components were produced with the tape casting method. XRD, DTA/TG, SEM and impedance electrical conductivity characterizations were made for the produced sheets. The highest conductivity level as a result of impedance measurements of the solid electrolyte systems studied was observed at 800 ° C for an -8 % mole Gd2O3-doped solid electrolyte system of 4,74x10-2 S/cm. The power density measurements of five-component fuel cells consisting of NiO-GdSZ-LSCF composite layers were performed. According to experimental results showed that the highest performance appeared five-component SOFC system of NiO-GdSZ-LSCF and the maximum electrochemical cell performance was observed 23,973 mW/cm2 at 800 °C. It was estimated that this level of the power density can be acceptable and comparable with literature data. These observations indicated that the produced materials can be used for the applications of the solid oxide fuel cell systems.