Katı oksit yakıt pilleri için Bi2O3 katkılı katı elektrolit-katot malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada; orta sıcaklıkta çalışabilen katı oksit yakıt pillerinde (IT-SOFC) kullanılan, Bi2O3 tabanlı katı elektrolitlerin ve perovskit özellikli katot elektrotların üretimi ve karakterizasyonları yapılmıştır. Eu2O3, Dy2O3 ve Bi2O3 bileşikleri kullanılarak katı hal reaksiyonu ile katı elektrolit numuneleri elde edilmiştir. Kararlı faz ve orta sıcaklıkta çalışabilen katı oksit yakıt pillerinde en yüksek güç yoğunluğu oluşturabilecek olan δ-Bi2O3 (kübik-fcc) fazına ulaşılmaya çalışıldı. Yeni numunelerin faz değişim zamanı, faz değişim sıcaklığı, katkı miktarlarının etkileri, katkı malzemesi türünün etkileri belirlenmiştir. X-Işınları Difraktometresi (XRD) ve Diferansiyel Termal Analiz ve Termal Gravimetri (TG/DTA) ile ikili (Eu2O3-Bi2O3) ve üçlü (Eu2O3-Bi2O3-Dy2O3) katkılı toz malzemelerin kristal yapı kimlik analizleri yapılmıştır. İletkenlik ölçüm işleminde dört nokta d.c. ölçüm tekniği kullanılmıştır. Deneysel süreçler sonucunda ikili sistemlerden elektrolit olarak sadece %40 Eu2O katkılı E40B adlı numuneden δ-Bi2O3 fazı elde edildiği ve kararlı oksijen iyonik iletkenliğinin olduğu, üçlü sistemlerden elde edilmiş olan Eu2O3(x) Dy2O3(y) Bi2O3(1-x-y) (E5DyB; x: %5; y: %25-30-35 mol) modellerinin orta sıcaklıklı katı oksit yakıt pili için ideal katı elektrolite yaklaştığı görülmüştür. Ln2O3 tarzı iki çeşit katkı malzeme miktarının artışı ile elektriksel iletkenliğin arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca Sr2FeBa(1-x)Eux (x: %25-40 mol, SFBEux) şeklinde kristal ve elektriksel iletkenlik özellikleri araştırılarak karışık iletkenlikli perovskit özellikli katot elektrot oluşturuldu. Oluşturulan katot numunelerinde yalnızca BaCO3 ve Eu2O3 katkı kütleleri değiştirilmiştir. Katot elektrotların deneysel sonuçlarından tam olarak kararlı faz elde edilememiştir. Çalışmalarını yaptığımız katıelektrolit numunelerinden heterojen fazlar dışındaki homojen fazların endüstriyel uygulamalarda kullanılabilir özellikte oldukları belirlenmiştir.

In this study; production and characterization of Bi2O3 based solid electrolytes and perovskite cathode electrodes used in medium-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC) were performed. Solid electrolyte samples were obtained using compounds Eu2O3, Dy2O3 and Bi2O3. Stable phase and medium-temperature solid oxide fuel cells, which can create the highest power density δ-Bi2O3 (cubic-fcc) phase was tried to be reached. Phase change time of the new samples, phase change temperature, effects of additive quantities, effects of additive type were determined. X-ray diffractometry (XRD) and differential thermal analysis and thermal gravimetry (TG/DTA) with binary (Eu2O3-Bi2O3) and triple (Eu2O3-Bi2O3-Dy2O3) doped powder materials were analyzed for crystal structure identification. Four point d.c. measurement technique. Eu2O3(x) Dy2O3(y) Bi2O3(1-x-y) (E5DyB; x: %5; y: %25-30-35 mol) were found to beclose to solid electrolyte for medium temperature solid oxide fuel cell. It was observed that the electrical conductivity increased with the increase in the amount of two kinds of additive material Ln2O3. In addition, crystalline and electrical conductivity properties of the cathode electrode formed as Sr2FeBa(1-x) Eux (x: 25-40 mol %, SFBEux) were investigated. In the generated cathode samples, only BaCO3 and Eu2O3 additives were changed. The experimental results of the cathode electrodes were not fully stable. It was determined that homogeneousphases other than heterogeneous phases of solid electrolyte samples were used in industrial applications.