II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

184
oksit fazında bulunan nikel katalizörü pilin çalışmasına paralel olarak beslenen
hidrojen yakıt ile kimyasal olarak indirgenerek metalik nikele dönüşmektedir
(NiO+H2 � Ni+H2O). Bu dönüşüm sırasında hacimce %41’lik bir daralma meydana
gelmektedir [67,69]. Sistem kapatılıp yakıt hattına beslenen hidrojen kesildiğinde
ise metalik nikel hava ile temas ederek yeniden kimyasal yolla oksitlenmektedir
(Ni+1/2 O2 � NiO). Oksitlenme sırasında ise nikelin hacmi %70 civarında
büyümektedir [26,30]. İndirgenme ve yükseltgenme anlamına gelen redoks,
KOYP servis süresi boyunca sayısız kere gerçekleşebilmektedir. İşte bu redox
döngüleri (NiO-Ni-NiO) sırasında meydana gelen bu denli büyük hacim değişiklikleri
MEG yapısı tarafından tolere edilemezse mikro kırılmalar meydana gelmektedir
[31,32]. Anot içerisinde NiO/elektrolit bağlarına büyük zarar veren bu kırılmalar
pil performansında önemli düşmelere sebep oldukları gibi özellikle elektrolit
tabakası ince olan anot destekli hücrelerde elektrolit tabakasına daha ciddi zararlar
vererek pili kullanılamaz hale bile getirebilmektedirler [33,35].
En yaygın olarak kullanılan anot malzemesi NiO/YSZ olduğu için literatürdeki çalışmalarda
NiO/YSZ anot üzerine yoğunlaşılmıştır. Redoks henüz çok güncel bir araştırma
alanı olduğu için özellikle NiO/YSZ anoda redoks döngüleri uygulanarak performans,
mikroyapı, direnç ve mekanik özelliklere olan etkileri araştırılmıştır. Bu
çalışmalar arasında Sarantaritis ve arkadaşları [36] NiO/YSZ anodun tekrar
okistlenmesi sırasında meydana gelen hacimsel genişlemenin mikroyapı ve mekanik
özellikler üzerinde tersinmez bir etki bıraktığını göstermiştir. Benzer bir çalışmada
Young ve Birss [37] yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilen tekrar oksidasyonların
NiO/YSZ anot destekli hücrelerin elektrolitlerinde daha fazla ve daha bütük kırılmalara
neden olduğunu göstermiştir. 700, 800 ve 900 °C sıcaklıkta yapılan sadece 2 redoks
döngüsü sonrasında YSZ elektrolitte çok sayıda kırılma meydan geldiği belirlenmiştir.
Bu durum nikel anottaki oksitlenmenin heterojen olmasına bağlanmıştır.
Termal gravimetrik analiz ve mikroyapı incelemeleri ile de doğrulanan heterojen
oksitlenmenin MEG’de eğilme ve kırılmalara neden olduğu tespit edilmiştir. Dikwal
ve arkadaşları [38] redoks etkisini NiO/YSZ anot destekli tüp KOYP için araştırmıştır.
Her redoks döngüsü sonrasında tüp KOYP performansında %3’lük bir azalma
olduğu tespit edilmiştir. Bu azalma redoks sırasında meydana gelen hacimsel değişikliklere
bağlı olan anot mikroyapısındaki bozulmalara bağlanmıştır. Mikroyapı incelemeleri
bu bozulmaların anodun kendi içerisindeki mikro kırılmalar ve anot ile elektrolit
arasındaki delaminasyonlar olduğunu ortaya çıkarmıştır. Sumi ve arkadaşları
[39] NiO/YSZ anodun sadece 1 redoks döngüsü sonrasında bile performansının
azaldığını rapor etmiştir. Özellikle tekrar oksidasyonun sebep olduğu hacim değişikliklerinin
anot yapısal bütünlüğünü bozarak üçlü faz bölgelerinin sayısının azaldığı
belirlenmiştir. Bunun bir sonucu olarak empedans ölçümleri neticesinde anot ohmik
ve polarizasyon direncinde artış olduğu tespit edilmiştir. Performanstaki azalma bu
dirençlerdeki artışa bağlanmıştır. Laurencin ve arkadaşları [40] 800 °C gerçekleştirdikleri
redoks döngüleri sonrasında NiO/YSZ anot ohmik direncinde bir değişiklik