Anot Destekli Katı Oksit Yakıt Hücrelerinin Soguk Sinterleme Yöntemiyle Ilk Kez Üretimi

Abstract

Soguk sinterleme suyun kaynama sıcaklıgının hemen üzerinde (100-200°C) ve 400 MPa?a kadar basınç altında gerçeklestirilen bir prosestir. Daha önce literatüre hidrotermal sıcak presleme (?hydrothermal hot pressing?) olarak girmis olmasına ragmen, Randall ve ark. tarafından soguk sinterleme (?cold sintering?) adı altında literatüre yeniden sokulmustur. Randall?a göre soguk sinterleme sırasında gerçeklesen olaylar sıvı faz sinterlemeyi andırmaktadır. Ilginç bir sekilde, soguk sinterleme yer kabugunun derinliklerinde yüksek sıcaklık, basınç ve su ortamında (hidrotermal sartlarda) kayaçların olusma süreçlerine de benzemektedir. Jeolojide bu durum diyagenez olarak adlandırılır. Bu arastırma projesinde elektrolit olarak Zr0.84Y0.16O2 (YSZ) ve Ce0.8Gd0.2O2 (GDC) kullanılan anot destekli katı oksit yakıt hücrelerinin (KOYH) soguk sinterleme teknigi ile üretimi arastırılmıstır. Bir ultra düsük sıcaklık prosesi olan soguk sinterlemenin konvansiyonel sinterlemeye göre enerji maliyeti, proses basitligi, ekipman gereksinimi (refrakter, ısıtıcı eleman, vb.) gibi konularda üstünlükleri oldugu görülmüstür. Soguk sinterleme sonrası malzeme mikroyapısında gözeneklilik, ve/veya diger noktasal hatalar gibi genellikle birçok uygulamada olumsuz kabul edilen bazı durumların öngörüldügü gibi katı oksit yakıt hücreleri için olumsuzluk ifade etmedigi de görülmüstür. Ayrıca elektrolit, elektrot ve elektrolit/anot çiftinin ikincil bir sinterleme (ısıl islem) ile düsük sıcaklıklarda fiziksel ve kimyasal özellikleri gelistirilmistir. Soguk sinterleme sürecinde bir kalıp içine doldurulan toz karısımı, 400 MPa?a kadar basınç altında preslenmis ve 100-200°C sıcaklık aralıgında soguk sinterlenmistir. Olusturulan kosullarda kısmi sinterlenme meydana gelmis %57 teorik yogunluga ulasılmıstır. Bu islemin hemen ardından, genellikle 1400-1500°C gibi yüksek sıcaklıklarda sinterlenen YSZ ve GDC elektrolitlerinin ikincil bir ısıl islem ile sırasıyla 1225°C ve 1100°C sıcaklıklarda soguk sinterlenebildigi görülmüstür. Soguk sinterleme ile yogunlastırılan KOYHların mikroyapısal, elektriksel ve elektrokimyasal özellikleri karakterize edilmistir. Laboratuvarımızda üretilen öncül tozlarla ticari tozların mikroyapısal, elektriksel ve elektrokimyasal özellikleri de karsılastırılmıstır. KOYH bilesenlerinin (elektrolit ve anot) soguk sinterleme yöntemi ile üretilebilecegi ilk defa gösterilmistir. Soguk sinterlemenin çevre dostu bir teknolojinin gelismesine ve yaygınlasmasına neden olabilecek bir potansiyele sahip oldugu görülmüstür. KOYHların soguk sinterleme ile üretilecek olması, maliyetlerinin düsürülmesini saglayacak ve ticari olarak üretilmesine katkıda bulunabilecektir.