Elektrolit destekli katı oksit yakıt pilinde elektrolit şerit döküm kalınlığının mekanik özelliklere ve elektrokimyasal performansa etkisi

Abstract

Bu çalışmada, 'doctor blade' mesafesinin bir fonksiyonu olarak şerit döküm YSZ elektrolitinin mekanik ve elektrokimyasal performansındaki değişim; mekanik, mikroyapısal ve elektrokimyasal analizlerle incelenmiştir. Üç nokta bükme testleri, elektrolitin eğilme mukavemetinin 'doctor blade' mesafesini azaltarak iyileştirilebileceğini göstermektedir. Empedans sonuçları, elektrolitin elektrik direncinin, 'doctor blade' mesafesinin azalmasıyla küçülen tane boyutundan dolayı arttığını ortaya koymaktadır. Ayrıca, en yüksek döküm kalınlığıyla hazırlanan hücre 800 °C çalışma sıcaklığında 0,283 W/cm2 en yüksek güç yoğunluğu sağlarken, en düşük döküm kalınlığına sahip hücre aynı şartlarda 0,170 W/cm2 maksimum güç yoğunluğu sergilemiştir. Bu nedenle, 'doctor blade' mesafesi, elektrolit mikroyapısını önemli ölçüde etkilediği için, katı oksit yakıt pillerinde şerit döküm YSZ elektrolitin mekanik ve elektrokimyasal performansı için kritik bir parametre olarak değerlendirilmiştir.

The change in the mechanical and electrochemical performance of tape cast YSZ electrolyte as a function of doctor blade gap is investigated in this study via mechanical, microstructural and electrochemical analyses. Three point bending tests indicate that the flexural strength of the electrolyte can be improved by reducing the doctor blade gap. The impedance results reveal that the electrical resistance of the electrolyte increases with decreasing the doctor blade gap due to reduced grain size. In addition, the cell prepared with the highest casting thickness provides 0.283 W/cm2 peak power density at an operating temperature of 800 °C, while the cell with the lowest casting thickness shows only 0.170 W/cm2 peak power density. Therefore, the doctor blade gap can be considered as a critical parameter for the mechanical and electrochemical performance of tape cast YSZ electrolyte in solid oxide fuel cells, since it significantly affects the electrolyte microstructure.