Katı oksit yakıt pillerinde kullanılan LSM ve LSCF katot malzemelerinde iletkenlik-gözeneklilik ilişkisi

Abstract

Hava elektrotu olarak da adlandırılan Katot, Katı Oksit Yakıt Pilleri'nin (KOYP) en önemli bileşenlerinden biridir. KOYP'nin performansları Katodik Oksijen Değiştirme Reaksiyonu ile doğrudan bağlantılıdır. Oksijenin Katot üzerinde yüzeyde izleyeceği yol, adsorpsiyonu, oksijenin parçalanması ve iyonlaşması işlemleri katot üzerinde üçlü faz adı verilen bölgede yer alır. Genel olarak sistem içerisinde ise oksijenin çözünmesi ve ilerlemesi sağlanır. KOYP'nin performansı katottaki ohmik direnç, aktivasyon direnci ve yoğunluğa bağlı dirençlerden dolayı düşer. Katotlar için en büyük performans kaybının sebebi ohmik dirençtir. Ohmik direnç, oksijen anyonları ve elektronların katot içerisindeki hareketinden kaynaklanmaktadır.Bu tez çalışmasında, KOYP'inde yaygın olarak kullanılan Lantanyum-stronsiyum-mangan oksit (LSM) ve yapısına 20- 40 mol% civarında kobalt ve demir zerk edilmiş Lantanyum-stronsiyum-mangan-kobalt-demir oksit (LSCF) katotlar Plazma Sprey yöntemi ile üretilmiştir. Ardından 1000-1300°C arasındaki derecelerde sinterlenerek farklı oranlarda gözeneklilik ve partikül boyutlarında ohmik direnç ilişkisi incelenmiştir. Sinterlenen numunelerin mikro yapıları SEM kullanılarak incelenmiş ve 4 noktalı elektrik probu ile iletkenlikleri gözlemlenmiştir. Ayrıca kullanılan numunelerin Minimum Sabit Katı Alanı (MSA) hesaplanarak literatürde var olan teorik hesaplamalarla uyumu gözlemlenmiştir.

As it is known air electrode, cathode, is one of the most important components of Solid Oxide Fuel Cells. Cathodic performance effects the SOFC performance directly. Pathway of oxygen on the cathode surface, adsorption, dissociation and ionization of oxygen take place at three phase boundries. Inside of the system dissolution and diffusion of oxygen occurs. SOFC?s performance decrease according to ohmic loss, activation resistance and density. For cathodes the largest performance loss is because of ohmic losses and it occurs because of the movement of anions and electrons inside the cathode material.At this thesis, widely used as SOFC cathode materials Lantanium-stronsium-mangan oxide (LSM) and 20- 40 % cobalt and iron doped Lantanium-stronsium-mangan-cobalt-iron oxide (LSCF) cathodes are produces by plazma spray method. After all the powders are pressed and sintered between 1000?1300°C. Acording to different porosity ratios and particle size, ohmic resistance relationship was investigated. The sintered samples microstructure was investigated with SEM and four point probe. Add to all the samples? Minimum Solid Areas (MSA)?s was calculated and compared the accordance with the theoretical formulas and previous studies.