Mechanical Engineering / Makina Mühendisliği
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/4129
Browse
5 results
Search Results
Research Project Anot Destekli Katı Oksit Yakıt Hücrelerinde (koyh) Elektrolit Tabakası Yoğunluğunun Artırılması(2018) Sındıraç, Can; Büyükaksoy, Aligül; Akkurt, SedatGadolinyum katkılı Seryum (CGO), İtriya ile stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) yerine, Orta Sıcaklık Katı Oksit Yakıt Hücrelerinde (OS-KOYH) elektrolit malzemesi olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak, CGO'nun tamamen gaz geçirmez bir tabaka olması için gereken % 95'in üzerinde göreceli yoğunluğa ulaşması 1400oC'nin üzerinde bir sinterleme sıcaklığını gerektirmektedir. Anot destekli KOYH tasarımlarında sıklıkla kullanılan birlikte sinterleme yönteminde anot ve elektrolit birlikte sinterlenir. Yüksek sinterleme sıcaklığı yanında tozların yüzey alanları, tane boyutları ve erime sıcaklığı farklılıkları birlikte-sinterleme (co-sintering) yöntemini zorlaştırır. Bu nedenle CGO'nun sinterleme sıcaklığının azaltılması gerekmektedir. Bu projede, CGO?nun 1400oC sıcaklığın altında sinterlenebilmesi için iki aşamalı bir yöntem önerilmektedir: Birinci aşamada düşük sıcaklıkta (800-1000oC) önceden sinterlenmiş gözenekli CGO gövdesine CGO ve Fe içeren çözeltilerin infiltre edilmesi; ikinci aşamada ise bu numunelerin 1000-1200oC aralığında sinterlenmesiyle yüksek yoğunlaşmaya ulaşılması hedeflenmiştir. Bu işlem sayesinde, sırasıyla CGO infiltre edilen numunelerde 1200oC?de %95,5 ve demir infiltre edilenlerde ise 1100oC?de %97,7 yoğunluğa başarıyla ulaşılmıştır. Böylece infiltre edilen çözeltiler bu gözenekleri homojen olarak başarıyla doldurmuşlardır. Bu durum SEM ve EDS analizleri ile de teyit edilmiştir. CGO infiltre edilen örnekler incelendiğinde, hem infiltre edilen çözeltinin konsantrasyonunun artması hem de infiltasyonun döngü sayısının artışının yoğunluğu arttırdığı gözlenmiştir. Projede amaçlanan 95% yoğunluğa CGO infiltre edildikten sonra 1200oC?de sinterlenen örnekte, kayda değer bir tane büyümesi olmadan ulaşılmıştır. Öte yandan, demir infiltrasyonu yoğunlaşmayı hızlandırmada daha verimli olup, %97,7 yoğunluğa 1100oC?de sinterlenme ile ulaşılmıştır. Bununla birlikte, sinterleme sıcaklığının 1200oC'ye yükseltilmesi, tane boyutu büyümesine ve yeni bir bileşiğin oluşmasına yol açmaktadır. Ayrıca, sonuçlar Fe ilavesi için optimum bir seviye olduğunu ve bu sınırdan daha fazla yükleme yapmanın göreceli yoğunluk üzerinde negatif bir etkiye neden olduğu gözlenmiştir. Son olarak, hem CGO hem de Fe ile infiltre edilen numunelerin iyonik iletkenlik değerleri, hemen hemen aynı yoğunluğa sahip 1400oC'de sinterlenmiş, infiltre edilmemiş CGO örneğiyle benzer sonuçlar göstermektedir. Bu da yeni yöntemin elektriksel özelliklerde beklenen değerleri sağladığını gösterilmiştir.Article Citation - WoS: 14Citation - Scopus: 15Electrochemical Performance of La0.6sr0.4co0.2fe0.8o3-Ce0.9gd0.1o2 Composite Sofc Cathodes Fabricated by Electrocatalyst And/Or Electrocatalyst-Ionic Conductor Infiltration(Springer, 2019) Sındıraç, Can; Büyükaksoy, Aligül; Akkurt, SedatInfiltration of electrocatalyst precursor solutions into previously sintered porous ionic conductor scaffolds has been used recently as an alternative method to the conventional co-sintering route to fabricate electrocatalyst-ionic conductor composites for solid oxide fuel cell (SOFC) cathode applications. However, the aqueous nitrate solutions generally used to perform the infiltration process results in electrocatalyst precipitates that are disconnected from each other, yielding poor electrode performance. In this work, polymeric electrocatalyst (La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-LSCF) precursors that produce interconnected thin films upon heat treatment were used to infiltrate porous ionic conductor Ce0.9Gd0.1O2-delta (GDC) scaffolds to overcome these issues. In addition, for the first time in the literature, a mixture of LSCF and GDC polymeric precursors, which would yield LSCF-GDC nanocomposite coatings on the grains of the porous GDC scaffold were used as the infiltration solution. Thus, further enhancement of the electrocatalyst/ionic conductor interfacial area and achievement of improved electrode performance was aimed. As a result of the optimization studies, the lowest measured area specific polarization resistance (ASR(cathode)) values of 0.47 and 0.73 omega.cm(2) were obtained for polymeric LSCF+GDC and LSCF precursor infiltrations respectively at 700 degrees C, in air. In addition, LSCF+GDC infiltration yielded electrodes with much improved long-term stability in comparison to those obtained by LSCF infiltration. [GRAPHICS] .Article Citation - WoS: 25Citation - Scopus: 26Lowering the Sintering Temperature of Solid Oxide Fuel Cell Electrolytes by Infiltration(Elsevier Ltd., 2019) Sındıraç, Can; Çakırlar, Seda; Büyükaksoy, Aligül; Akkurt, SedatA dense electrolyte with a relative density of over 95% is vital to prevent gas leakage and thus the achievement of high open circuit voltage in solid oxide fuel cells (SOFCs). The densification process of ceria based electrolyte requires high temperatures heat treatment (i.e. 1400-1500 degrees C). Thus, the minimum co-sintering temperatures of the anode-electrode bilayers are fixed at these values, resulting in coarse anode microstructures and consequently poor performance. The main purpose of this study is to densify gadolinia doped ceria (GDC), a common SOFC electrolyte, at temperatures lower than 1400 degrees C. By this aim, an approach involving the infiltration of polymeric precursors into porous electrolyte scaffolds, a method commonly used for composite SOFC electrodes, is proposed. By infiltrating polymeric precursors of GDC into porous GDC scaffolds, a reduction in the sintering temperature by at least 200 degrees C is achieved with no additives that might affect the electrical properties. Energy dispersive x-ray spectroscopy line scan analyses performed on porous GDC scaffolds infiltrated by a marker solution (polymeric FeOx precursor in this case) reveals a homogeneous infiltrated phase distribution, demonstrating the effectiveness of polymeric precursors.Article Citation - WoS: 11Citation - Scopus: 12Electrical Properties of Gadolinia Doped Ceria Electrolytes Fabricated by Infiltration Aided Sintering(Elsevier Ltd., 2019) Sındıraç, Can; Büyükaksoy, Aligül; Akkurt, SedatCommon solid oxide fuel cell (SOFC) electrolyte materials (e.g., gadolinia doped ceria - GDC) demand temperatures exceeding 1400 degrees C for densification by conventional solid state sintering. It is very desirable to reduce the densification of the SOFC electroltytes to i) avoid microstructural coarsening of the composite anode layers, which are co-sintered with the electolyte layer in the anode supported SOFC fabrication scheme and ii) reduce energy consumption during SOFC manufacturing. We have recently demostrated a novel infiltration-aided sintering route to densify GDC ceramics at 1200 degrees C. In the present work, we present the electrical properties of GDC ceramics fabricated thusly. Comparison of high density (>= 95%) samples fabricated by conventional or infiltration-aided sintering reveal that at 700 degrees C, similar total electrical conductivities are obtained, while at 300 degrees C, specific grain boundary resistivity is smaller in the latter. Bulk (grain) conductivity is higher in porous GDC ceramics (relative density <= 90%) fabricated by infiltration-aided sintering than the conventionally sintered ones with similar porosities. Finally, open circuit voltage of 0.84 V at 700 degrees C, obtained under dilute hydrogen and stagnant air conditions suggests that GDC ceramics densified by infiltration-aided sintering are suitable for use as SOFC electrolytes.Article Citation - WoS: 15Citation - Scopus: 16Fabrication of Lscf and Lscf-Gdc Nanocomposite Thin Films Using Polymeric Precursors(Springer, 2020) Sındıraç, Can; Ahsen, Ali; Öztürk, Osman; Akkurt, Sedat; Birss, Viola, I; Büyükaksoy, AligülLa1-xSrxCoyFe1-yO3 (LSCF) and LSCF-gadolinia-doped ceria (LSCF-GDC) composites are used as solid oxide fuel cell (SOFC) cathodes. In the present study, to maximize the LSCF/gas and LSCF/GDC interfacial area and thus enhance the performance, we fabricated both single-phase LSCF and composite LSCF-GDC thin-film electrodes using a facile and cost-effective polymeric precursor technique. This method involves molecular level mixing of cations in solution form and results in average particle sizes of ca. 72 nm and 60 nm upon annealing at 700 degrees C, respectively. For LSCF, electrochemical impedance spectroscopy measurements indicate very low electrode polarization resistances of ca. 0.6 omega cm(2) per electrode at 600 degrees C. However, the addition of GDC results in poorer electrochemical activity but better microstructural and electrochemical stability, all at 600 degrees C. Surface analysis revealed that Fe surface segregation occurs in the single-phase LSCF, while predominantly Co segregation is observed at the LSCF-GDC composite electrode surface.