Article

Journal of Aeronautics and Space Technologies (Havacilik ve Uzay Teknolojileri Dergisi)

, 7:14

First online:

Open Access This content is freely available online to anyone, anywhere at any time.

Development of anode supported solid oxide fuel cell with improved warpage behavior

  • Safa KOÇAffiliated withK.K. Balıkesir Astsb. Email author 
  • , Bora TİMURKUTLUKAffiliated withMakine Mühendisliği Bölümü, Niğde Üniversitesi
  • , Selahattin ÇELİKAffiliated withMakine Mühendisliği Bölümü, Niğde Üniversitesi

Abstract

Fuel cells are the devices that convert chemical energy of a fuel directly into electrical energy by electrochemical methods without any intermediate mechanical steps. Among the existing fuel cells technologies, Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) have been attracting great interest because of the advantages including high energy conversion efficiency, different fuel options, clean and quiet operation. The most important feature that distinguishes SOFC from other fuel cell and place it in a different category is the high operating temperatures (600-1000 °C). In addition, they do not depend on the limitation of the Carnot cycle thus their efficiency is higher than those of the internal combustion engines.

In this study, the problems of warpage and cracking which occur during the fabricating of an industrial size anode supported solid oxide fuel cell (SOFC) have been experimentally investigated and the fabrication parameters which enable to obtain anode supported SOFC with high strength has been determined. In the experimental study, the effects of composition, the powder size and the thickness of both anode support and anode functional layers on the shrinkage rate and warpage behavior have been studied. The shrinkage rates of these two layers have been modified such that they are close to that of a thin electrolyte layer via dilatometry tests and as a result the mechanical strength is improved by reducing the warpage behavior during sintering. The cells having 100 cm2 with the optimized fabrication parameters are manufactured and tested.

Keywords:

Anode supported SOFC mechanical strength warpage

Eğilme dayanimi iyileştirilmiş anot destekli kati oksit yakit pili geliştirilmesi

Özet

Yakıt pilleri, yakıtın kimyasal enerjisini elektrokimyasal olarak doğrudan elektrik enerjine dönüştüren cihazlardır. Bu cihazlar bu dönüşümü herhangi bir mekanik adım olmadan gerçekleştirmektedir. Mevcut yakıt pilleri arasında Katı Oksit Yakıt Pili (KOYP) yüksek enerji dönüşüm verimi, farklı yakıt seçenekleri, temiz ve sessiz çalışma gibi avantajlarından dolayı son zamanlarda büyük ilgi çekmektedir. KOYP’leri diğer yakıt pillerinden ayıran ve farklı bir kategoriye yerleştiren en önemli özelliği ise yüksek çalışma sıcaklıklarıdır (600-1000°C). Ayrıca Carnot çevrim sınırlandırmalarına bağlı olmaması teorik verimlerinin ısıl motor verimlerinden daha yüksek olması ile sonuçlanır.

Bu çalışmada endüstriyel boyutlarda anot destekli katı oksit yakıt pili üretiminde ortaya çıkan eğilme, çatlama problemleri deneysel olarak incelenmiş yüksek mukavemetli anot destekli KOYP hücresi üretimi için koşulları belirlenmiştir. Deneysel çalışmada anot destek tabaka (ADT) ve anot işlevsel tabaka (AİT) karışım oranları, toz boyutları, tabaka kalınlıkları değiştirilerek, tabakaların uzama miktarları, çekme hızları ve eğrilik miktarları belirlenmiştir. Dilatometre yardımı ile elde edilen çekme hızları ince elektrolit tabakanın çekme hızına yaklaştırılmış ve böylece hücrede sinterleme sonrasında meydana gelen eğilmeler azaltılarak mekanik dayanım iyileştirilmiştir. Optimize edilmiş üretim parameterleri kullanılarak 100 cm2 boyutlarında KOYP hücreleri imal ve test edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Anot destekli KOYP mekanik dayanım eğrilik