LaAl(1?x)FexO3 (x= 0.25, 0.5, 0.75) Perovskit Tipi Malzemelerin Yükseltgenme Ve İndirgeme Davranışlarının Araştırılması

Abstract

Elektrotların farklı atmosferlerdeki katalitik aktivitelerini test etmek için H2-TPR, O2-TPD gibi sıcaklık programlı teknikler yaygın olarak kullanılır. Katı oksit yakıt pilinde kullanılan elektrotlar son yıllarda özellikle perovskit tipi malzelere arasından seçilmekte olup bu malzelerden katot amacıyla kullanılanların oksijen gazı varlığındaki davranışı, anot amacıyla kullanılanların ise hidrojen gazı varlığındaki davranışı önemlidir. Yapılan proje kapsamında, Al ve Fe metallerinin perovskitin B kısmına eklenmesinin yapı üzerindeki etkisi ve perovskit tipi malzemelerin farklı atmosferlerdeki davranışını üzerinde çalışılmıştır. Alüminyum ve Demir içeren perovskit kompozisyonları (LAF) sol-jel yöntemi ile hazırlanıp SEM, XRD, TGA ve DSC analizleri ile karakterize edilmiştir. Katı oksit yakıt pili olmak üzere çeşitli yakıt pillerinde elektrot olarak kullanılan bu kompozisyonların oksijen ve hidrojen atmosferindeki davranışları sırasıyla O2-TPD ve H2-TPR analizleri ile elde edilmiştir. SEM analiz sonuçlarına göre metallerin birbirine sinerjik etki yaratıp daha gözenekli yapı küresel ve homojen yapılar meydana geldiği ve Fe içeriği arttıkça daha az gözenekli yapılar elde edildiği görülmüştür. H2-TPR analizinde sentezlenen üç numunede de yaklaşık 110, 370, 550 ve 700°C olmak üzere aynı pikler elde edilmiştir. 370 ve 550 °C’deki pikler ise hem Al hem de Fe elementleriyle ilişkilendirilebilir. Sentezlenen perovskitlerin indirgenme pikleri 700 °C’nin üzerinde olmadığı için perovskit yapılarının bozunmasından yani yapı içindeki Al ve Fe’in metalik forma indirgenmesinden söz edilemeyeceği sonucuna varılmıştır. O2-TPD analizinde O2 türlerinin desorpsiyonu, LAF perovskitlerinin kafesindeki zayıf bağlı veya kimyasal olarak emilmiş oksijen tarafından meydana gelmiştir. TG analiz sonucuna göre indirme ve oksitlenmede beklenen pikler gözlenmiştir. DSC sonucu LAF’in katot olarak kullanıldığı taktirde katodun ölçülen sıcaklık aralığında N2'da termal olarak kararlı olduğunu göstermiştir.

Temperature programmed techniques such as H2-TPR, O2-TPD are commonly used to test the catalytic activities of electrodes in different atmospheres. Electrodes used in solid oxide fuel cells have been chosen especially among perovskite type materials in recent years, and the behavior of those used for cathode purposes in the presence of oxygen gas and the behavior of those used for anode in the presence of hydrogen gas are important. Within the scope of the project, the effect of the addition of Al and Fe metals to the B part of the perovskite on the structure and the behavior of perovskite type materials in different atmospheres were studied. Perovskite compositions containing Aluminum and Iron (LAF) were prepared by sol-gel method and characterized by SEM, XRD, TGA and DSC analyses. The behavior of these compositions, which are used as electrodes in various fuel cells, including solid oxide fuel cells, in oxygen and hydrogen atmospheres were obtained by O2-TPD and H2-TPR analyzes, respectively. According to the SEM analysis results, it was observed that the metals created synergistic effects with each other, resulting in more porous, spherical and homogeneous structures, and less porous structures were obtained as the Fe content increased. The same peaks at approximately 110, 370, 550 and 700°C were obtained in all three samples synthesized in H2-TPR analysis. The peaks at 370 and 550 °C can be associated with both Al and Fe elements. Since the reduction peaks of the synthesized perovskites were not above 700 °C, it was concluded that the degradation of the perovskite structures, that is, the reduction of Al and Fe in the structure to metallic form, cannot be mentioned. In the O2-TPD analysis, desorption of O2 species occurred by weakly bound or chemically absorbed oxygen in the lattice of LAF perovskites. According to the TG analysis results, expected peaks in reduction and oxidation were observed. The DSC result showed that if LAF was used as a cathode, it was thermally stable in N2 over the measured temperature range.