The Influence Of The Way Of Alumina Addition On Properties Improvement Of 3YSZ Material

• Autorzy: Drożdż E. , Jelonek M. , Wyrwa J. , Rękas M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0249

Warianty tytułu

PL

Wpływ sposobu wprowadzenia tlenku glinu na poprawę właściwości materiału 3YSZ

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Yttria-stabilized zirconia (YSZ) is the best known ceramic-oxide material employed as a component of either solid electrolyte or anode cermet material for intermediate solid oxide fuel cell (IT - SOFC). The properties of traditionally produced (by mechanical mixing of oxides) Al₂O₃/3YSZ composite with the same composition materials obtained by citrate and impregnation methods and with properties of pure tetragonal zirconia (3YSZ) were compared. The materials were characterised by X-ray diffraction, SEM observations with EDX analysis, density and impedance spectroscopy measurements. The results shown that Al₂O₃/3YSZ composites reveals higher conductivity than pure 3YSZ and that addition of alumina (regardless of methods) improve electric properties of resulting materials. Taking into account application of this materials as anode in IT-SOFC the determined values of energy activation of conductivity and microstructural properties of composites show that materials obtained by citric method are the most promising.

PL

Tlenek cyrkonu (IV) stabilizowany itrem (YSZ) jest jednym z najlepiej poznanych tlenkowych materiałów ceramicznych stosowanych jako składnik zarówno elektrolitów stałych jaki i materiałów anodowych dla stałotlenkowych ogniw paliwowych (SOFC). W pracy zostały porównane właściwości tradycyjnie produkowanego (poprzez mechaniczne mieszanie tlenków) kompozytu Al₂O₃/3YSZ z właściwościami analogicznych materiałów wytworzonych metodą cytrynianową oraz impregnacji oraz z właściwościami czystego 3YSZ. Otrzymane materiały badano metodami dyfrakcji rentgenowskiej, skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) z jednoczesną analizą EDX, spektroskopii impedancyjnej oraz wykonano analizę gęstości próbek. Wyniki badań pokazały iż niezależnie od sposobu wprowadzenia Al₂O₃ do układu, kompozyty Al₂O₃/3YSZ wykazują wyższe przewodnictwo niż czysty 3YSZ. Ponadto stwierdzono, biorąc pod uwagę możliwość zastosowania badanych materiałów jako materiał anodowy w IT-SOFC, iż najbardziej obiecujące właściwości mikrostrukturalne oraz elektryczne posiadają materiały kompozytowe otrzymane metodą cytrynianową.

Słowa kluczowe

EN

composite materials; ionic conductivity; tetragonal zirconia; IT-SOFC anode

PL

materiały kompozytowe; przewodnictwo jonowe; tetragonalny tlenek cyrkonu; anoda IT-SOFC

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 2A
• Strony: 999--1002
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Drożdż E.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Jelonek M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Wyrwa J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Rękas M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] G. Suarez, Y. Sakka, Effect of alumina addition on initial sintering of cubic ZrO2 (8YSZ), Ceramics International 36, 879 (2010).
• [2] A.J. Feighery, J.T.S. Irvine, Effect of alumina additions upon electrical properties of 8 mol% yttria-stabilised zirconia. Solid State Ionics 121, 209-216 (1999).
• [3] K. Obal, Z. Pędzich, T. Brylewski, M. Rękas, Modification of Yttria-doped Tetragonal Zirconia Polycrystal Ceramics. Int. J. Electrochem. Sci. 7, 6831-6845 (2012).
• [4] M. Yashimura, S.-T. Oh, M. Sando, K. Niihara, Crystallizaion and microstructural characterization of ZrO2(3mol%Y2O3) nano-sized powders with various Al2O3 contents, Journal of Alloys and Compounds 290, 284-289 (1999).
• [5] S. Thokchom, H. Xiao, M. Rottmayer, T.L. Reitz, B. Kumar, Heterogeneous electrolyte (YSZ–Al2O3) based direct oxidation solid oxide fuel cell. Journal of Power Sources. 178, 26-31 (2008).
• [6] E. Drożdż-Cieśla, J. Wyrwa, M. Rękas, Properties of Ni/YSZ cermet materials with addition of Al2O3, J. Therm. Anal. Calorim. 113, 425-430 (2013).
• [7] E. Chinarro, F.M. Figueiredo, G.C. Mather, J.R. Jurado, J.R. Frade, Combustion synthesis and characterisation of Ni-MO-YSZ (M=Mg, Ca, Al2/3) cermet anodes for SOFC, Journal of European Ceramic Society 27, 4233-4236 (2007).
• [8] H. Orui, R. Chiba, K. Nozawa, H. Arai, R. Kanno, High-temperature stability of alumina containing Nikel-zirconia cermets for solid oxide fuel-cell anodes, Journal of Power Sources 238, 74-80 (2013).
• [9] E.P. Butler, J. Drennan, Microstructural analysis of sintered high-conductivity zirconia with Al2O3 additions, Journal of American Ceramic Society 65, 474 (1982).
• [10] E. Drożdż-Cieśla, J. Wyrwa, M. Rękas, Influence of sintering temperature and aging on properties of cermet Ni/8YSZ materials obtained by citric method, Ionics 19, 1733-1743 (2013).
• [11] K. Tönsuaadu, A. Zalga, A. Beganskiene, A. Kaeriva, Thermoanalytical study of the YSZ precursors prepared by aqueous sol-gel synthesis route, J.Therm. Anal. Calorim. 110, 77-83 (2012).
• [12] X.J. Chen, K.A. Khor, S.H. Chan, L.G. Yu, Influence of Microstructure on the ionic conductivity of yttria-stabilized zirconia electrolyte, Materials Science and Engineering A335, 246-252 (2002).
• [13] S. Li, H. Izui, M. Okano, W. Zhang, T. Watanabe, Microstructure and echanical properties of ZrO2 (Y2O3)-Al2O3 nanocomposites prepared by spark plasma sintering, Particuology 10, 345-351 (2013).
• [14] M. Marinsek, K. Zupan, Microstructure evaluation of sintered combustion-derived fine powder NiO-YSZ. Ceramics International 36, 1075-1082 (2010).

Uwagi

EN

This work was supported by the Polish National Centre of the Science (NCN) under Grant No. 2012/05/B/ST8/02723

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.