GÜÇLENDİRİLMİŞ İYON BOMBARDIMANI ve TARAMALI ELEKTRON MİKROSKOBU ile KATI OKSİT YAKIT PİLİNİN ÜÇ BOYUTLU ANOT MİKRO YAPISININ OLUŞTURULMASI

Yıl 2020, , 518 - 527, 30.01.2020

Selahattin Çelik , Tolga Altan

https://doi.org/10.28948/ngumuh.608911

Öz

Katı oksit yakıt pillerinde (KOYP) hücre performansının düşmesinin en
önemli nedenlerinden biri anot elektrotunun bozulmasıdır. Anot mikro yapısının
iyileştirilmesi için çok uzun süreçli deneyler yapılması gerektiğinin yanı sıra
sayısal model geliştirerek sonuçların tahmin edilmesi de mümkün olabilmektedir.
Fakat sayısal modeller genelde makro ölçekte yapıldığı için mikro yapıyı tam
olarak temsil edememektedir. Yeni bir teknik olan Güçlendirilmiş İyon
Bombardımanı ve Taramalı Elektron Mikroskobunun (FIB-SEM ) birlikte
kullanılması ile KOYP anot mikro yapısının üç boyutlu görüntüsü elde
edilebilmektedir. Böylece gerçek mikroyapı üzerindeki sayısal çalışmaların
yapılması mümkün hale gelmektedir. Bu çalışmada FIB-SEM tekniği kullanarak
laboratuvar ölçeğinde imal edilmiş bir KOYP hücresinin anot elektrotunun üç
boyutlu mikro yapısının elde ediliş basamakları gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Katı oksit yakıt pili, anot mikro yapısı, güçlendirilmiş iyon bombardımanı, taramalı elektron mikroskobu

Kaynakça

• [1] GREW, K.N., PERACCHIO, A.A., CHIU, W.K.S., “Characterization and analysis methods for the examination of the heterogeneous solid oxide fuel cell electrode microstructure, Part 2 : Quantitative measurement of the microstructure and contributions to transport losses”, Journal of Power Sources, 195, 7943-7958, 2010.
• [2] WILSON, J.R., KOBSIRIPHAT, W., MENDOZA, R., CHEN, H. Y., HILLER, J.M., MILLER, D.J., THORNTON, K., VOORHEES, P.W., ALDER, S.B., BARNETT, S.A., “Three dimensional reconstruction of a solid-oxide fuel-cell anode”, Nature Materials, 5, 541-544, 2006.
• [3] BARNETT, S.A., WILSON, J.R., KOBSIRIPHAT,W., CHEN, H.Y., MENDOZA, R. J., HILLER, M., MILLER, D.J., THORNTON, K., VOORHEES, P.W., ALDER, S.B., “Three dimensional analysis of solid oxide fuel cells using Focused ion beam- Scanning electron microscopy”, Microsc. Microanal., 13, 596-597, 2007.
• [4] D. GOSTOVIC, J.R. SMITH, D.P. KUNDINGER, K.S. JONES, E.D. WASHMAN, “Three-dimensional reconstruction of porous LSCF cathodes”, Electrochem. Solid-State Lett., 10 (12), 214-217, 2007.
• [5] L. HOLZER, B. MUNCH, B. IWANSCHITZ, M. CANTONI, T. HOCKER, T. GRAULE, “Quantitative relationships between composition, particle size, triple phase boundary length and surface area in Ni-cermet for Solid Oxide Fuel Cells”, Journal of Power Sources, 196, 7076-7089, 2011.
• [6] L. HOLZER, B. MUENCH, M. WEGMANN, P.H. GASSER, R.J. FLATT, “FIB-nanotomography of particulate systems – Part 1 : Particle shape and topology of interfaces”, J. Am. Ceram. Soc., 89, 2577-2585, 2006.
• [7] VIVET, N., CHUPIN, S., ESTRADE, E., RICHARD, A., BONNAMY, S., ROCHAIS, D., BRUNETON, E., “Effect of Ni content in SOFC Ni-YSZ cermets: A three-dimensional study by FIB-SEM tomography”, Journal of Power Sources, 196, 9989-9997, 2011.
• [8] KANNO, D., SHIKAZONO, N., TAKAGI, N., MATSUZAKI, K., KASAGI, N., “Evaluation of SOFC anode polarization simulation using three-dimensional microstructures reconstructed by FIB tomography”, Electrochimica Acta, 56, 4015-4021, 2011.
• [9] VIVET, N., CHUPIN, S., ESTRADE, E., PIQUERO, T., POMMIER, P.L., ROCHAIS, D., BRUNETON, E., “3D Microstructural characterization of a solid oxide fuel cell anode reconstructed by focused ion beam tomography”, Journal of Power Sources, 196, 7541-7549, 2011.
• [10] SHEARING, P.R., CAI, Q., GOLBERT, J.I., YUFIT, V., ADJIMAN, C.S., BRANDON, N.P., “Microstructural analysis of a solid oxide fuel cell anode using focused ion beam techniques coupled with electrochemical simulation”, Journal of Power Sources, 195, 4804-4810, 2010.
• [11] DORASWAMI, U., SHEARING, P., DROUSHIOTIS, N., LI, K., BRANDON, N.P., KELSALL, G.H., “Modelling the effects of measured anode triple-phase boundary densities on the performance of micro-tubular hollow fiber SOFCs”, Solid State Ionics, 192, 494-500, 2011.
• [12] CLAGUE, R., SHEARING, P.R., LEE, P.D., ZHANG, Z., BRETT, D.J.L., MARQUIS, A.J., BRANDON, N.P., “Stress analysis of solid oxide fuel cell anode microstructure reconstructed from focused ion beam tomography”, Journal of Power Sources, 196, 9018-9021, 2011.
• [13] GUNDA, N. S. K., CHOI, H.W., BERSON, A., KENNEY, B., KARAN, K., PHAROAH, J. G., MITRA, S. K., “Focused ion beam-scanning electron microscopy on solid-oxide fuel-cell electrode: Image analysis and computing effective transport properties”, Journal of Power Sources, 196, 3592-3603, 2011.
• [14] CARRARO, T., JOOS, J., RÜGER, B., WEBER, A., IVERS-TIFFÉE, E., “3D finite element model for reconstructed mixed-conducting cathodes: I. Performance quantification”, Electrochimica Acta, 77, 315-323, 2012.
• [15] IWAI, H., SHIKAZONO, N., MATSUI, T., TESHIMA, H., KISHIMOTO, M., KISHIDA, R., HAYASHI, D., MATSUZAKI, K., KANNO, D., SAITO, M., MUROYAMA, H., EGUCHI, K., KASAGI, N., YOSHIDA, H., “Quantification of SOFC anode microstructure based on dual beam FIB-SEM technique”, Journal of Power Sources, 195, 955-961, 2010.