Fabrication and performance evaluation of anode-supported planar solid oxide fuel cells via tapecasting and co-sintering technique

Katı oksit yakıt hücrelerine olan ilgi, esnek yakıt gazı kompozisyonunu verimli enerji üretimiyle birleştirme yeteneklerinden dolayı artmıştır. En önemli hedefler hücrelerin uzun vadeli dayanıklılığı ve performansını içerir. Bu üç kayıp mekanizması ile belirlenir: ohmik, polarizasyon ve aktivasyon kayıpları. Bugüne kadar, anot destekli hücrelerin daha fazla geliştirilmesi, bireysel kayıp süreçlerinin kökeninin ve bunların hücrenin iç direncine katkılarının tam olarak anlaşılmaması nedeniyle sekteye uğramıştır. Bu nedenle, bu tezin temel amacı anot destekli bir hücrede meydana gelen tüm polarizasyon süreçlerinin açık bir şekilde tanımlanması ve eşzamanlı fiziksel yorumlanmasıdır. Vanadyum ve Gadolinyum katkılı katot örnekleri (La0.595V0.005Sr0.4CoO3-∂ (LV05SC), La0.50Gd0.10Sr0.4CoO3-∂ (LG10SC), La0.57V0.03Sr0.4FeO3-∂ (LV3SF), La0.595V0.005Sr0.4MnO3-∂ (LV05SM)) sol-gel yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Kristal yapısı ve elemental analizleri XRD ve XPS teknikleriyle araştırılmıştır. Anot destekli hücreler, şerit döküm yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Hem YSZ (Yttria ile stabilize edilmiş Zirkonyum) hem de GDC (Gadolinyum katkılı Seryum) farklı kombinasyonlarda elektrolit katmanı olarak kullanılmıştır. Sinterlenen hücrelerin yüzey ve kesit morfolojisi SEM analizi ile incelenmiştir. Elektrotların elektrokimyasal karakterizasyonu için Doğrusal Tarama Voltametresi (LSV) ve Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) yapıldı. Ölçülen empedansın analizi, eşdeğer devre modelinde seri olarak dört (RQ) devrenin kullanılması gerektirdi. Tek bir hücrenin genel direncine katkıda bulunan tüm kayıp süreçleri açıkça belirlendi. Çalışma koşulları değiştirilerek, Gevşeme Süresi Dağılımı (DRT) ayrıntılı analizi edilip en fazla altı kayıp süreci olduğu tespit edildi. Dört katot arasında, GDC (35 μm)/YSZ elektrolit malzemeleriyle üretilmiş LG10SC katodu, 415 mW/cm2 ile en yüksek performansı gösterdi. Yüksek elektrot performansı, daha iyi oksijen iyon iletkenliği ve katalitik aktivitesinden kaynaklanmaktadır.