10.02 Slip Döküm Yöntemi İle Tüp Şekilli Kati Oksit Yakit Pili (Tkoyp)

14.05.2014
Niğde Üniversitesi Prof. Dr. T. Nejat
Veziroğlu Temiz Enerji Uygulama ve
Araştırma Merkezi
SLİP DÖKÜM YÖNTEMİ İLE TÜP ŞEKİLLİ KATI OKSİT
YAKIT PİLİ DESTEK TABAKASI ÜRETİM
PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ
UĞUR ÇATIK,
Abdullah Mat, Bora Timurkutluk,
Çiğdem Timurkutluk, Murat Canavar, Ömer Genç, Yüksel Kaplan
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
1
SUNUM İÇERİĞİ
Katı Oksit Yakıt Pillerine Giriş
2) Tüp Şekilli Katı Oksit Yakıt Pilleri
3) Deneysel Çalışmalar
4) Sonuç
5) Kaynaklar
1)
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
2
1
14.05.2014
1) Katı Oksit Yakıt Pillerine Giriş
Yakıt pilleri kimyasal reaksiyonun enerjisini doğrudan elektrik
enerjisine çeviren sistemlerdir.
 KOYP’nin diğer yakıt pillerine göre avantajları ;
1. Yüksek enerji dönüşüm verimliliğine sahiptir.
2. Farklı yakıtlarla çalışabilir.
3. Çıkan ısı başka proseslerde kullanılabilir.
4. Yüksek çevresel duyarlılığa sahiptir.
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
3
 KOYP tüp şekilli ve düzlemsel olmak üzere iki farklı şekilde
üretilir.
Tüp şeklinde KOYP (a) , Düzlemsel KOYP (b)
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
4
2
14.05.2014
2) Tüp Şekilli Katı Oksit Yakıt Pilleri
 TKOYP’nin düzlemsel KOYP’ne göre avantajları ;
 Sızdırmazlık sorunu yoktur.
 Mekanik dayanımları yüksektir.
 TKOYP’leri dayanıklı yapıya sahip olmalarından dolayı ısıl
çevrimlerinde daha az sıkıntıyla karşılaşılmaktadır
• Literatürde TKOYP üretiminde ekstrüzyon yöntemi, slip
döküm, enjeksiyon, toz presleme gibi yöntemler
kullanılmaktadır[1-3].
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
5
 Bu yöntemler içerisinde slip döküm tekniği TKOYP destek
tabakası üretiminde herhangi bir cihaza ihtiyaç duyulmadan
üretim sağlamasıyla ön plana çıkmaktadır.
 Biz yapmış olduğumuz çalışmada slip döküm yöntemini
kulandık.
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
6
3
14.05.2014
 Slip solüsyonunun kalıp içerisine boşaltılması (a)
 Kalıbın solüsyon içerisindeki sıvıyı emmesi (b)
 Fazla sıvının boşaltılması (c)
 Seramik malzemenin kalıptan ayrılması (d)
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
7
 Literatürde slip döküm yöntemi kullanılarak KOYP üretimi mevcuttur.
Zhang ve ark.[4] yaptıkları çalışmada bu yöntemi kullanarak anot destekli
TKOYP üretimini başarı ile gerçekleştirdiklerini bildirmişlerdir. Seyreltici ve
katı malzeme oranın viskozite ve hücre performansına etkilerini
incelemişlerdir.
Ham TKOYP anot destek tabakası (a),
Sinterlenmiş anot tabaka üzerine elektrolit kaplanması (b),
Birlikte sinterlenmiş (co-sintering) anot ve elektrolit tabakaları (c),
Katot tabaka uygulaması ve sinterlenmesi tamamlanmış TKOYP hücreleri(d)
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
8
4
14.05.2014
Sui ve ark.[5] slip döküm yöntemini kullanarak koni şekilli KOYP
hücresinden 700°C’ta yaklaşık 0,3W/cm2 güç elde ettiklerini
bildirmişlerdir. Yaptıkları bu çalışmada yakıt olarak nemli hidrojen
kullanmışlardır.
• Slip döküm yönteminde alçı kalıp optimize edilmelidir. Alçı kalıbın
gözenekli yapıda olması TKOYP’ nin anot tabakasını oluşturmada
oldukça önem taşır.
Karin ve ark.[6] yaptıkları çalışmada alçı kalıbın istenilen gözeneklilik
ve dayanıklılıkta olması için kauçuk hammaddesi olan lateks
malzemesi kullanmışlardır.
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
9
3) Deneysel Çalışmalar
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
10
5
14.05.2014
3.1. KALIP PARAMETRELERİ
a) Su ve Alçı 1:1 oranda karıştırılarak hazırlanan kalıp
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
11
b) Su , Alçı Ve Karbon Karıştırılarak Hazırlanan Alçı Kalıbı
%5 karbon karışımlı alçı kalıp (a)
%10 karbon karışımlı alçı kalıp(b)
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
12
6
14.05.2014
c) Kalıpların Kurutulması
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
13
Karbon bazlı kalıplara parafinli NiO karışımının dökülmesi ;
Kalıbın sıvıyı
çekmesi
Oluşan tabaka
kalınlığı
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
14
7
14.05.2014
Katkısız alçı – su karışımına NiO karışımının dökülmesi
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
15
3.2 NiO Karışımının viskozitesi
Niğde Üniversitesi altyapısında bulunan vizkozimetre ile ölçümler yapılmıştır.
Ölçümler sonucunda TKOYP destek tabakasını oluşturan NiO karışımının
viskozitesi 40000-44000 MPa.s bulunmuştur.
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
16
8
14.05.2014
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
17
4)Sonuç
‘’TÜBİTAK 2241-A SANAYİ ODAKLI LİSANS BİTİRME TEZİ
DESTEKLEME PROGRAMI ‘’ desteğiyle Slip Döküm Yöntemi ile Tüp
Şekilli Katı Oksit Yakıt Pili (TKOYP) Destek Tabakası Üretim
Parametrelerinin incelenmesi konusunda çalışmalar yaptık.
Yaptığımız çalışmada kalıp optimizasyonu için kalıp içeriği , karışımın
karıştırma süreleri, sinterleme süresi , sinterleme sıcaklığı gibi parametreleri
incelerken ; viskozite optimizasyonu için de üniversitemiz altyapısında
bulunan Viskozimetre ile ölçümler aldık. TKOYP destek tabakasını oluşturan
NiO karışımıyla parafin bazlı NiO ve karbon bazlı NiO yeni karışımlar elde
ettik.
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
18
9
14.05.2014
Yapılan çalışmalar sonucunda 15dk karıştırılmış, 800 °C de 2 saat
sinterlenmiş karbonlu alçı kalıbı ve parafin bazlı NiO karışımıyla hazırlanan
deneylerde destek tabakası istenilen kalınlık ve özelliklerde elde edilmiştir.
Daha sonraki çalışmalarımızda elektrolit kaplama ve katot tabakası
oluşturma konularında çalışmalar yapacağız.
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
19
Teşekkürler…
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
20
10
14.05.2014
4) KAYNAKLAR
 [1] N. Droushiotis, U. Doraswami, K. Kanawka, G.H. Kelsall , K. LiN. Droushiotis, U.





Doraswami, K. Kanawka, G.H. Kelsall , K. Li. Characterization of NiO–yttria stabilised
zirconia (YSZ) hollow fibres for use as SOFC anodes. Solid State Ionics 180(2009)1091–
1099
[2] Cheng-Xin Li, Chang-Jiu Li, Lie-Jin Guo. Effect of composition of NiO/YSZ anode
on the polarization characteristics of SOFC fabricated by atmospheric plasma spraying. i
n t e r n a t i onal j o u r n a l o f hydrogen energy 35(2010)2964–2969
[3] Tak-Hyoung Lim, Jae-Lyang Park, Seung-Bok Lee, Seok-Joo Park, Rak-Hyun Song,
Dong-Ryul Shin. Fabrication and operation of a 1 kW class anode-supported flat tubular
SOFC stack. i n t e r n a t i o n a l j ournal o f hydrogen energy 35(2010)9687e9692
[4] Lan Zhang, Hong Quan He, Wen Rui Kwek, Jan Ma, Ee Ho Tang and San Ping
Jiang. Fabrication and Characterization of Anode-Supported Tubular Solid-Oxide Fuel
Cells by Slip Casting and Dip Coating Techniques. J. Am. Ceram. Soc., 92 [2] 302–310
(2009)
[5] J. Sui and J. Liu, ‘‘Slip-Cast Ce Cone-Shaped SOFC, J. Am. Ceram. Soc., 91 [4]
1335–7 (2008).
[6] Karin M. Lindqvist, Elis Carlstr¨om. Indirect solid freeform fabrication by binder
assisted slip casting. Journal of the European Ceramic Society 25 (2005) 3539–3545
1. Uluslararası Plazma Teknolojileri Kongresi
21
11

Download Report