Katı oksit yakıt pilleri için doğal kayaç bazalt ve atık camlardan cam-seramik conta malzemelerinin geliştirilmesi

Abstract

Katı oksit yakıt pilleri (KOYP), yakıtın kimyasal enerjisini doğrudan elektrik ve önemli miktarda ısı enerjisine dönüştüren, çevre dostu elektrokimyasal cihazlardır. KOYP' de sızdırmazlığı sağlamada, cam-seramik malzeme grubu en iyi özelliklere sahiptir. Bu çalışmada doğal bir volkanik kayaç olan bazalt, atık pencere camı ve Na2CO3 kullanılarak KOYP'nde sızdırmazlık contası olarak kullanılmak üzere üç farklı bileşim geliştirilmiştir. Hazırlanan karışımlar 1500 °C'de ergitilerek suya ve grafit kalıba dökülmüştür. Grafit kalıba dökülen camlar, termal genleşme katsayısı tespiti için dilatometre analizinde kullanılmıştır. Suya dökülen camlar ise, öğütülerek -53 µm'ye getirilmiştir. Ardından belirli ön işlemlerden sonra, daldırma yöntemi ile Crofer, AISI 430, 409, 439 ve 441 paslanmaz çeliklere kaplanmıştır. Kaplama sonrası cam-seramik conta ile paslanmaz çelik altlık arasında kalıcı bir bağlanma ve sızdırmazlık sağlanması için 850, 900 ve 950 °C'de ısıl işlem yapılmıştır. Isıl işlem sonucunda, camsı yapıdan cam-seramik yapıya dönüşüm meydana gelmiştir. Conta-altlık ara yüzey, bağlanma ve sızdırmazlık özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını difraksiyon analizi (XRD) ile incelenerek, KOYP için uygunluğu araştırılmıştır.

Solid oxide fuel cells (SOFC) are environmentally electrochemical devices that directly convert chemical energy to electricity and heat energy. Glass-ceramic material group has the best properties in providing sealing in KOYP. In this study, three different the mixtures including natural volcanic rock basalt, waste window glass and Na2CO3 were development for using as sealants. The prepared mixtures were melted at 1500° C and cast into the water and graphite mold. Glass cast into graphite mold were used in dilatometer analysis to determine the coefficient of thermal expansion. Glass cast into water were milled and sized -53 µm and after certain pretreatments, coated on Crofer, AISI 430, 409, 439 and 441 stainless steel by dip coating method. After the coating, heat treatment was performed at 850, 900 and 950 °C in order to ensure permanent bonding and sealing between glass-ceramic sealing and steel substrate. As a result of the heat treatment, transformation from glassy structure to glass-ceramic structure occurred. The interface between glass-ceramic sealing and steel substrate, bonding and sealing properties were examined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis (XRD) to determine its suitability for SOFC.