Hidrojen yakıtlı katı oksit yakıt hücrelerinde katot ve anot yüzeylerine uygulanan katkı ve ince film kaplamaların çoklu fizik tabanlı incelenmesi

Bu tez çalışmasında, hidrojen yakıtlı katı oksit yakıt pilleri (KOYP), COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak çoklu fiziksel modelleme yaklaşımıyla analiz edilmiştir. COMSOL Multiphysics, elektrokimyasal reaksiyonlar, ısı transferi, mekanik gerilmeler ve akışkan hareketleri gibi çoklu fiziksel süreçleri eşzamanlı simüle ederek sistem analizinde tercih edilmiştir. Literatür taraması sonucunda, anot için Ni-YSZ, katot için LSM, elektrolit için 8YSZ ve akış kanalları için Inconel 625 seçilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında 800 °C, 900 °C ve 1000 °C sıcaklıklarında yapılan analizlerle optimum sıcaklık belirlenmiş, 900 °C'nin en dengeli performansı sunduğu bulunmuştur. Bu sıcaklıkta, yaklaşık 0 V'da 22.623 A/m² maksimum akım yoğunluğu, 0,5 V'da ise 5536 W/m² maksimum güç yoğunluğu elde edilmiştir. İkinci aşamada, platinyum (Pt) ve paladyum (Pd) ince film kaplamalarının sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. İnce film kaplamalar mekanik, termal ve elektriksel performansı artırmış; Pt kaplama, Pd'ye göre daha yüksek enerji verimliliği sunmuştur. Son aşamada, Pt kaplamalı yapılara molibden (Mo) ve tungsten (W) dopingleri uygulanmış ve karşılaştırmalı analizler yapılmıştır. Mo dopingi, dengeli enerji dağılımı ve düşük kayıp sağlarken; W dopingi, yüksek akım yoğunluğu ve etkili reaksiyon yönetimi avantajı sunmuştur. Genel olarak, Mo-dopingi uygulanmış Pt kaplamalı KOYP yapısı en yüksek verimlilik, düşük enerji kaybı ve dengeli mekanik dayanım sunarak en uygun sistem konfigürasyonu olarak belirlenmiştir.