Electrolytes For Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells

Rękas, M.

doi:10.1515/amm-2015-0225

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Electrolytes For Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells

Autorzy

Rękas M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0225

Warianty tytułu

Elektrolity do średnio-temperaturowych stało-tlenkowych ogniw paliwowych

Języki publikacji

Abstrakty

Solid electrolytes for construction of the intermediate-temperature solid oxide fuel cells, IT-SOFC, have been reviewed. Yttrium stabilized tetragonal zirconia polycrystals, YTZP, as a potential electrolyte of IT-SOFC have been highlighted. The experimental results involving structural, microstructural, electrical properties based on our own studies were presented. In order to study aluminum diffusion in YTZP, aluminum oxide was deposited on the surface of 3 mol.% yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystals (3Y-TZP). The samples were annealed at temperatures from 1523 to 1773 K. Diffusion profiles of Al in the form of mean concentration vs. depth in B-type kinetic region were investigated by secondary ion mass spectroscopy (SIMS). Both the lattice (D_B) and grain boundary (D_GB) diffusion were determined.

Dokonano przeglądu literaturowego elektrolitów stałych do konstrukcji średnio-temperaturowych stało-tlenkowych ogniw paliwowych. Tetragonalna polikrystaliczna cyrkonia stabilizowana itrem (YTZP) była przedmiotem badań. Wyniki eksperymentalne obejmowały badania strukturalne, mikrostrukturalne oraz właściwości elektryczne. Na powierzchni spieku 3YTZP nanoszono tlenek glinu, w celu określenia dyfuzji glinu. Próbki wygrzewano w zakresie temperatur 1523-1773 K. Profile dyfuzji określano, jako średnia koncentracja Al w funkcji głębokości w zakresie kinetycznym B-typu, stosując spektroskopię masową jonów wtórnych (SIMS). Wyznaczono współczynniki dyfuzji Al: w sieci (D_B) oraz po granicach ziaren (D_GB).

Słowa kluczowe

intermediate temperature solid oxide fuel cells IT-SOFC solid electrolytes tetragonal zirconia electrical properties lattice and grain boundary diffusion

średnio-temperaturowe stało-tlenkowe ogniwa paliwowe elektrolity stałe tetragonalna cyrkonia właściwości elektryczne dyfuzja w sieci i po granicy ziaren

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

891--896

Opis fizyczny

Bibliogr. 44 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rękas M.

rekas@agh.edu.pl

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

Bibliografia

[1] O. Yamamoto, Electrochimica Acta 45, 2423 (2000).
[2] S.P.S. Badwal, F.T. Ciacchi, Ionics 6, 1 (2000).
[3] S. M. Haile, Acta Mater. 51, 5981 (2003).
[4] V.V. Kharton, F.M.B. Marques, A. Atkinson, Solid State Ionics 174, 135 (2004).
[5] D.J.L. Brett, A. Atkinson, N.P. Brandon, S.J. Skinner, Chem. Soc. Rev. 37, 1568 (2008).
[6] E.V. Tsipis, V.V. Kharton, J. Solid State Electr. 12, 1039 (2008).
[7] http://www.seca.doe.gov.
[8] A.I. Dicks, J. Power Sources 71, 11 (1998).
[9] T. Van Gestel, F. Han, D. Sebold, Microsyst. Technol. 17, 233 (2011).
[10] T. Takahashi, T. Esaka, H. Iwahara, J. Appl. Electrochem. 7, 303 (1977).
[11] J.B. Goodenough, J.E. Ruiz-Dias, Y.S. Zen, Solid State Ionics 44, 21 (1990).
[12] S. Boypati, E.D. Waschman, N. Jiang, Solid State Ionics 140, 149 (2001).
[13] B.C.H. Steele, J. Mater. Sci. 36, 1053 (2001).
[14] H. Yahiro, K. Eguchi, H. Arai, Solid State Ionics 36, 71 (1989).
[15] M. Mogensen, N.M. Sammes, G.A. Tompsett, Solid State Ionics 129, 63 (2000).
[16] X. Zhang, M. Robertson, C. Deces-Petit, Y. Xie, R. Hui, W. Qu, O. Kesler, R. Maric, D. Ghosh, J. Power Sources 175, 800 (2008).
[17] T. Ishihara, H. Matsuda, Y. Takita, J. Am. Chem. Soc. 116, 2801 (1994).
[18] M. Feng, J.B. Goodenough, Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 31, 663 (1994).
[19] S. Nakayama, M. Sakamoto, J. Eur. Ceram. Soc. 18, 1413 (1998).
[20] A.L. Shaula, V.V. Kharton, F.M.B. Marques, J. Solid State Chem. 178, 2050 (2005).
[21] H. Arikawa, H. Nishiguchi, T. Ishihara, Y. Takita, Solid State Ionics 136-137, 31 (2000).
[22] K. Kobayashi, H. Kuwajima, T. Masaki, Solid State Ionics 3/4, 489 (1981).
[23] M. Watanabe, S. Iio, I. Fukuhara, Advances in Ceramics, v. 12 Science and Technology of Zirconia II N. Claussen, M. Ruhle, A.H. Heuer, Eds, The American Ceramic Society, Inc. Columbus, Ohio p 391 (1984).
[24] R.C. Garvie, R.H. Hanning, R.T. Pascoe, Nature 258, 703 (1975).
[25] W. Weppner, Adv. Ceram. 24, 837 (1988).
[26] S.P.S. Badwal, J. Drennan, J. Mater. Sci. 24, 8 (1989).
[27] N. Bonanos, R.K. Slotwinski, B.C.H. Steele, J. Mater. Sci. Lett. 3, 245 (1984).
[28] D. Meyer, U. Eisele, R. Satet, J. Rödel, Scripta Mater. 58, 215 (2008).
[29] M. Ruhle, N. Claussen, A.H. Heuer, Sci. Technol. Zirconia II, Adv. Ceram. 12, 352 (1984).
[30] J. Tanaka, J.F. Baumard, P. Abelard, J. Am. Ceram. Soc. 70, 637 (1987).
[31] A.E. Hughes, S.P.S. Badwal, Mater. Forum 15, 26 (1999).
[32] T. Stoto, M. Neuer, C. Carry, J. Am. Ceram. Soc. 74, 2615 (1991).
[33] T. Masaki, K. Sinjo, Ceram. Int. 13, 109 (1987).
[34] S.P.S. Badwal, Solid State Ionics 76, 67 (1995).
[35] X. Guo, Z. Zhang, Acta Mater. 51, 2539 (2003).
[36] A.P. Santos, R.Z. Domingues, M. Kleitz, J. Eur. Ceram. Soc. 18, 1571 (1998).
[37] E.P. Butler, J. Drennan (1982), J. Am. Ceram. Soc. 65, 474 (1982).
[38] A.J. FeIghery, I.T.S. Irvine, Solid State Ionics 121, 209 (1999).
[39] M.C. Martin, M.L. Mecartney, Solid State Ionics 161, 67 (2003).
[40] S. Takeli, Mater. Design 28, 713 (2007).
[41] K. Kowalski, K. Obal, Z. Pedzich, K. Schneider, M. Rekas, J. Am. Ceram. Soc. 97, 3122 (2014).
[42] R.T.P. Whipple, Philos. Mag. 45, 1225 (1954).
[43] K. Obal, Z Pedzich, T. Brylewski, M. Rekas, Int. J. Electrochem. Sc. 7, 6831 (2012).
[44] J. Cyran, J. Wyrwa, E. Drozdz, M. Dziubaniuk, M. Rekas, this issue (2014).

Uwagi

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

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

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-58ea6e6c-c703-4da5-84e2-e08a4fc17d91