Katı oksit yakıt hücrelerinde kullanılan (Yb2O3)x(Dy2O3)y(Bi2O3)1-x-y üçlü bileşiğinin sentezlenmesi ve mikroyapılarının incelenmesi

Abstract

Bizmut oksit tabanlı katı oksit yakıt hücrelerinin çalışma sıcaklıkları 500-800 oC arasıdır. Bu değer, diğer tip katı elektrolitlerin çalışma sıcaklığından daha düşüktür. Ayrıca oksijen iyonik iletkenliği de diğer tip katı elektrolitlerden çok daha yüksektir. Bu çalışmada, katıhal reaksiyonu yöntemi ile farklı stokiyometrik oranlarda ve farklı ısıl işlem basamaklarında yeni bir tip katı elektrolit olan (Yb2O3)x(Dy2O3)y(Bi2O3)1-x-y üçlü bileşiği sentezlendi. X-ışını toz kırınımı yöntemi ile tozların kristal yapı analizi yapıldı. Kristal yapı analizi sonucu yüzey merkezli kübik kristal yapısındaki numuneler preslenerek tablet haline getirildi ve sinterlendi. Sinterlenen numunelerin mikroyapısı taramalı elektron mikroskobu ile incelendi. Son olarak; tabletlerin iletkenlikleri elektrokimyasal empedans spektroskopisi kullanılarak ölçüldü. İletkenliği en yüksek numune, 800 oC çalışma sıcaklığında; 0.5084 S.cm-1 olarak 0.12 mol Yb2O3 ve 0.10 mol Dy2O3 katkılı Bi2O3 numunesinde ölçüldü. Literatürdeki diğer katı oksit elektrolitlerle karşılaştırıldığında, oldukça iyi iletkenlik değerine sahip olduğu tespit edildi. Katı oksit yakıt hücrelerinde kullanılabilecek, yüksek oksijen iyonik iletkenliğine sahip yeni tip elektrolit malzemesi geliştirildi.

Bismuth oxide based Solid Oxide Fuel Cells are operated in the temperature range 500-800 oC. Operating temperature of bismuth oxide based solid electrolytes is lower than the other electrolytes. Also, the oxygen ionic conductivity of bismuth oxide based solid electrolytes is higher than the other types. In this study, the new type electrolyte (Yb2O3)x(Dy2O3)y(Bi2O3)1-x-y ternary compound has been synthesized with different stoichiometric ratios by solid state reaction method at different annealing treatment. X-Ray powder diffraction method has been used for crystal structure characterization. After the crystal analysis, the samples in face centered cubic phase has been determined and pressed to pellet form. Porosity of these samples was compared from their surface images taken from scanning electron microscopy. Finally the tablets' conductivities were measured using by electrochemical impedance spectroscopy. The highest conductivity; 0.5084 S.cm-1 was measured in the 0.12 mol Yb2O3 and 0.10 mol Dy2O3 doped Bi2O3 sample at 800 °C operating temperature. Compared to other solid oxide electrolyte in the literature it was found to have very good conductivity. Can be used in solid oxide fuel cells, it developed a new type of electrolyte material having a high oxygen ionic conductivity.