Katı iyonik oksit yakıt hücreleri için nanokompozit üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Modern enerji teknolojileri kapsamında çeşitli enerji dönüşüm yöntem ve/veya sistemleri içinde yakıt hücreleri sahip olduğu pek çok olumlu özellikle öne çıkmaktadır. Basit yapısı, yüksek verimi, çevre dostu çalışma özellikleri ve hidrojenin artık daha kolay depolanabilir olması nedeniyle, katı oksit yakıt hücreleri (KOYH), günümüzde en çok çalışma yapılan ve gelecekte de en çok kullanım alanı bulacağına inanılan hücrelerin başında gelmektedir.Bu çalışmada KOYH için nanokompozit seramik katot malzemesi elde etmek amacıyla, precursor olarak bizmut asetat kullanılmıştır. İlave element olarak lantan, gadolinyum, holmiyum, erbiyum ve itriyumun asetat formları kullanılmıştır. Sulu polivinil alkol çözeltisi (ağ. %10), PVA tozunun damıtılmış suda ve oda sıcaklığında çözülmesiyle hazırlanmıştır. Ayrıca her bir çözelti grubu için borun çözelti özelliklerine, morfolojik değişimlere ve termal özelliklere etkisini incelemek üzere borik asit ilave edilerek yeni çözeltiler elde edilmiştir. Hazırlanan çözeltilerin, elektro eğirmeye etkilerini belirlemek için pH, iletkenlik, viskozite ve yüzey gerilimleri ölçülmüştür. Kompozit polimer çözeltilere, 18 cm aralık ve 20 kV DC değerleri ile elektro eğirme işlemi uygulanmıştır. Elektro eğirme sonucunda nanoelyaf yapılar ve bu elyaf yapıların yakılmasıyla homojen yapıda nano boyutlu seramik nanokristal yapılar elde edilmiştir.Sentezlenen nano yapılar, Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FTIR), X-Işınları Difraksiyon (Kırınım) Analizi (XRD) ve BET ile incelenmiştir.Elyaf çaplarının katkı elemanlarına bağlı olarak 79-461 nm aralığında değiştiği, bütün çözeltilerde bor katkılamanın ortalama elyaf çapını artırdığı gözlenmiştir. Elyaf çapının artmasına paralel olarak kristal partiküllerin ortalama çaplarının da arttığı tespit edilmiştir. Ho, Er ve Y ile kararlı hale getirilmiş Bi2O3'in ağ yapıcı B2O3 atomlarıyla bir araya gelmesinin, çekirdek oluşumu ve kristallenmeyi önleyerek daha amorf camsı bir yapı oluşturduğu görülmüştür.

In the scope of modern energy technologies, fuel cells draw attention due to their many useful features. Simple structure, high efficiency, environmentally clean operating features and easy hydrogen storage make Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) to have many studies on it now and believed to have many usage areas in near future.The aim of this study is to prepare nanocomposite ceramic cathode materials for SOFC that use bismuth acetate as precursor element and Lanthanum, gadolina, holmia, erbia and yitrium as additional elements. Aqueous PVA solution (10% wt.) was first prepared by dissolving PVA powder in distilled water and room temperature. The effects of boron doping was investigated in terms of solution properties, morphological changes and thermal characteristics. pH, conductivity, viscosity and surface tension of the solutions were measured to determine their effects on electrospinning process. The distance was fixed at 18 cm. and applied voltage was 20 kV. Electrospinning is a process to prepare nano dimensional electrospun fibers. Ultra homogenous crystal structures are held by heat treatment of the electrospun nanofibers.The fibers and nanocrystal structures were characterized by FT-IR, XRD, SEM and BET.The average fiber diameter for fiber mats were 79 to 461 nm with respect to doped elements. It has been showed that doped boron increases the average fiber diameter for all solutions. The average diameter of crystal particles also increases by increasing fiber diameter.It is observed that the incorporation of B2O3 atoms, which behave as network former, into the Ho, Er and Y stabilized Bi2O3 prevents the nucleus formation and crystallinity and turns the structure into a more amorphous glassy form.