Improvement of IT-SOFC by tailoring the microstructure of LSCF cathode and GDC electrolyte

Abstract

The high operating temperature of solid oxide fuel cells (SOFC) brings about some restrictions like the high cost of fuel cell, long start-up time, thermal stress, and decreasing lifetime. Thus, lowering the operating temperature is vital for improvement of SOFC. However, reducing the operating temperature leads to some negative effects on solid oxide fuel cell performance by increasing the electrolyte and electrode resistances. This dissertation focuses on tailoring the cathode and/or electrolyte layers to obtain improved electrochemical performances. For this purpose, some strategies are proposed. These are (i) thin film cathode nanocomposite cathode layer formation, (ii) infiltration of porous GDC by LSCF/LSCF+GDC, (iii) infiltration of porous GDC by GDC solution to improve densification at lower temperature and finally (iv) electrochemical characterization of GDC densified by infiltration.

Katı Oksit Yakıt Hücreleri’nin (KOYH) yüksek çalışma sıcaklıkları; yakıt hücresinin pahalı olması, uzun açılış süreleri, termal stress ve ömrün azalması gibi sorunlara neden olmaktadır. Bu yüzden, KOYH’ların çalışma sıcaklıkları düşürülmesi oldukça önem taşımaktadr. Fakat, çalışma sıcaklığını düşürmenin elektrolit ve elektrot rezistansını arttığından dolayı KOYH performansı üzerinde olumsuz etkileri vardır. Bu tezde, katot ve elektrolit katmanlarının modifiye edilerek elektrokimyasal performansının iyileştirilmesine odaklanmıştır. Bu amaçla bazı stratejiler önerilmiştir. Bunlar (i) ince film nanokompozit katot tabakası oluşturulması (ii) LSCF ve LSCF+GDC solusyonlarının boşluklu GDC tabakasına infiltre edilmesi (iii) boşluklu GDC yapısının GDC solusyonu infiltre edilerek düşük sıcaklıklarda yoğunlaştırılması ve son olarak (iv) infiltrasyon ile yoğunlaştırılmış GDC elektrolitinin elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi.