Nikel temelli katı oksit yakıt pili anotlarındaki redoks davranışının mikroyapısal incelenmesi
Küçük Resim Yok
Tarih
2023
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
KOYP anotlarında performans ve redoks toleransı açısından optimum kompozisyon oranlarının belirlenmesi için sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiş ve bu kapsamda 3B sentetik mikroyapı üretimi önerilmiştir. Dream.3D programı ile üretilen sentetik mikroyapıların mikro ölçekli performans analizi COMSOL programı ile gerçekleştirilmiş olup redoks analizlerinde ise LS-DYNA programı kullanılmıştır. En yüksek aktif TPB yoğunluğunu %30 Gözenek, %35 Ni ve %35 YSZ kompozisyon oranlarında; en yüksek redoks toleransı ise %50 Gözenek, %15 Ni ve %35 YSZ durumunda elde edilmiştir. Anot mikroyapısının incelenebilmesi ve redoks sürecinin TPB üzerindeki etkilerinin deneysel olarak analiz edilebilmesi için ise üretilen hücreler 30 redoks döngüsüne maruz bırakılmış ve her redoks adımı sonrası hücre performans testleri gerçekleştirilmiştir. Ardından seçilen belirli redoks adımları sonrasında mikroyapısal analizlerin gerçekleştirileceği 2B görüntüler düşük voltaj FE-SEM tekniği ile elde edilmiştir. Görüntü işleme sonrasında elde edilen hacimsel oran ve partikül boyutu/dağılımı verileri sayesinde 3B mikroyapılar sentetik olarak üretilmiş ve TPB ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu sayede redoks sürecinin mikroyapısal performansa etkisi incelenmiş ve hücre performansı ile TPB yoğunluğu arasındaki ilişkinin deneysel olarak gözlemlenmesi amaçlanmıştır.
Numerical studies are carried out to determine the optimum composition regarding performance and redox tolerance of SOFC anodes, and 3D synthetic microstructure generation was proposed for his purpose. Micro-scale performance analysis of synthetic microstructures generated by Dream.3D software is performed via COMSOL, while micro-scale redox modeling is achieved with LS-DYNA. The highest active TPB density is obtained from an anode with 30 vol. % pore, 35 vol. % Ni and 35 vol. % YSZ, whereas the highest redox tolerance is determined for the anode having 50 vol. % pore, 15 vol. % Ni and 35 vol. % YSZ. To examine the anode microstructure and analyze the effects of the redox process on TPB experimentally, the produced cells are subjected to 30 redox cycles and the cell performance tests are carried out after each redox cycle. 2D images of the anode samples after some selected redox cycles are obtained by low voltage FE-SEM for microstructural analyses. According to the volumetric ratio and particle size/distribution data obtained after image processing, 3D microstructures are generated synthetically and the resultant TPBs are computed. In this way, the effect of the redox process on the microstructural performance is investigated aiming to observe the relationship between the cell performance and TPB density experimentally.
Numerical studies are carried out to determine the optimum composition regarding performance and redox tolerance of SOFC anodes, and 3D synthetic microstructure generation was proposed for his purpose. Micro-scale performance analysis of synthetic microstructures generated by Dream.3D software is performed via COMSOL, while micro-scale redox modeling is achieved with LS-DYNA. The highest active TPB density is obtained from an anode with 30 vol. % pore, 35 vol. % Ni and 35 vol. % YSZ, whereas the highest redox tolerance is determined for the anode having 50 vol. % pore, 15 vol. % Ni and 35 vol. % YSZ. To examine the anode microstructure and analyze the effects of the redox process on TPB experimentally, the produced cells are subjected to 30 redox cycles and the cell performance tests are carried out after each redox cycle. 2D images of the anode samples after some selected redox cycles are obtained by low voltage FE-SEM for microstructural analyses. According to the volumetric ratio and particle size/distribution data obtained after image processing, 3D microstructures are generated synthetically and the resultant TPBs are computed. In this way, the effect of the redox process on the microstructural performance is investigated aiming to observe the relationship between the cell performance and TPB density experimentally.
Açıklama
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Enerji, Energy, Makine Mühendisliği
