II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

KATOT ÜRETİM PARAMETRELERİN KATI OKSİT YAKIT PİLİ
OKSİJEN İNDİRGENME MEKANİZMASINA OLAN ETKİSİ
Özet
Çiğdem TİMURKUTLUK 1 , Bora TİMURKUTLUK 1,2
Meysun İBRAHİM 1,3 , Mahmut D. MAT 1
1 Niğde Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü
2 Vestel Savunma Sanayi, ODTÜ Teknokent
3 Niğde Üniversitesi, Kimya Bölümü
195
Katı oksit yakıt pilleri yüksek enerji dönüşüm verimleri, temiz ve sessiz çalışmaları
ve farklı yakıtları kullanabilme özelliklerinden dolayı son yıllarda büyük ilgi çekmektedir.
Katı oksit yakıt pili performansını belirleyen en önemli parametrelerden
birisi katotta meydana gelen oksijen indirgenme reaksiyonudur. Bu çalışmada anot
destekli hücreler imal edilerek aktif ve akım toplayıcı olmak üzere iki tabakadan
oluşan katodun sinterleme sıcaklığı, kalınlığı ve gözenekliliğinin oksijen indirgenme
reaksiyonuna olan etkileri mikroyapı, performans ve empedans analizleri yardımı
ile deneysel olarak incelenmiştir. Farklı sıcaklıklardaki katot değişim akım
yoğunlukları hesaplanmıştır. 30 µm kalınlığında katot işlevsel tabaka (KİT) içeren
MEG için katot değişim akım yoğunluğu 800 °C’de 1,54 mA/cm 2 iken KİT kalınlığının
10 µm’ye düşürülmesi ile bu değerin 2,3 mA/cm 2 ’ye yükseldiği görülmüştür.
1. Giriş
Katı oksit yakıt pili (KOYP) katodunun sistem içindeki en önemli rolü; oksijenin
indirgenmesi için elektro-kimyasal reaksiyon alanları oluşturmaktır. KOYP katot,
hava/oksijenin sisteme alınması ve kullanılmayan kısmının sistemden uzaklaştırılması
görevini de üstlenmektedir. Ayrıca, oksijen indirgenme reaksiyonu sırasında açığa
çıkan elektronların interkonnektörlere ulaştırılmasında geçit işlevi görmektedir. Bu
işlevleri yerine getirmek için yüksek katalitik aktivitenin yanı sıra KOYP katodunun
çok iyi iyonik ve elektronik iletkenlik, diğer sistem elemanlarıyla kimyasal uyumluluk
ve KOYP çalışma koşullarında kimyasal kararlılık, diğer sistem elemanlarına yakın
bir ısıl genleşme katsayısı gibi özelliklere de sahip olması gerekmektedir.
KOYP performansını sınırlayan en önemli parametrelerden birisi katot bölgesinde
gerçekleşen oksijen indirgenme reaksiyonudur. Literatürde bu konuda sınırlı sayıda
çalışma mevcut olup, çalışmaların büyük bir çoğunluğunda yüksek sıcaklık KOYP
(LSM: Lantanyum stronsiyum mangan oksit) üzerinde yoğunlaşılmıştır. Bu çalışmalar
arasında, yaygın olarak kabul edilen oksijen indirgenme reaksiyon mekanizmasını
(Denklem1-8) Minh ve arkadaşları [1] ortaya koymuştur. Bu denklemler
ayrıca bir çok araştırmacı tarafından da detaylı olarak incelenmiştir [2,12].