Electrical Properties Of Indium And Yttrium-Doped Barium Cerate-Based Compounds For Use As Ceramic Fuel Cell Electrolytes

• Autorzy: Gaweł R. , Przybylski K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0247

Warianty tytułu

PL

Właściwości elektryczne związków na bazie ceranu baru domieszkowanych indem i itrem do zastosowania jako elektrolity w ceramicznych ogniwach paliwowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work is to compare the electrical properties of BaCe_0.85Y_0.15O_3−δ (BCY15), BaCe_0.70In_0.30O_3−δ (BCI30) and a composite material consisting of 30%vol. BCY15 and 70%vol. Ce_0.85Y_0.15O_2−δ (YDC15). BCY15 and YDC15 were synthesized by co-precipitation, whereas BCI30 was obtained using the solid-state reaction method. Pellets were initially formed from powders at 5 MPa, after which they were isostatically pressed at 250 MPa and sintered at 1500°C. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to determine the electrical properties of the samples in both air (p_O2 = 0.021 MPa) and Ar-5%H₂ atmospheres. In the temperature range 200-400°C in air atmosphere the highest conductivity values were determined for BCY15 (5,22·10⁻⁵ − 2.74·10⁻³ S/cm). On the other hand, the electrical conductivity values obtained for Y70B30 in both atmospheres between 200 and 550°C are in the order of magnitude of 10⁻⁷ − 10⁻³ S/cm. Consequently, it can be concluded that the compounds exhibit significant H⁺ and O²⁻ electrical conductivity at temperatures above 500°C, which indicates the possibility for their potential use as ceramic fuel cell electrolytes.

PL

Celem niniejszej pracy jest porównanie właściwości elektrycznych związków BaCe_0.85Y_0.15O_3−δ (BCY15), BaCe_0.70In_0.30O_3−δ (BCI30) oraz materiału kompozytowego złożonego z mieszaniny 30%obj. BCY15 i 70%obj. Ce_0.85Y_0.15O_2−δ (YDC15). Proszki BCY15 i YDC15 były syntezowane metodą współstrącania, natomiast proszek BCI30 otrzymano metodą reakcji w fazie stałej. Z proszków formowano wstępnie pastylki pod ciśnieniem 5 MPa, a następnie prasowano izostatycznie pod ciśnieniem 250 MPa i spiekano w temperaturze 1500°C. W celu określenia właściwości elektrycznych próbek posłużono się metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS). Badania wykonano w atmosferze powietrza (p_O2 = 0.021 MPa) oraz w mieszaninie gazów Ar-5%H₂. W zakresie temperatur 200-400°C w atmosferze powietrza najwyższe wartości przewodnictwa uzyskano w przypadku BCY15 (5,22·10⁻⁵ − 2.74·10⁻³ S/cm). Natomiast wartości przewodnictwa dla Y70B30 mierzone w obu atmosferach w zakresie 200-550°C są rzędu 10⁻⁷ − 10⁻³ S/cm. Z otrzymanych wyników badań wynika, że w/w związki posiadają znaczne przewodnictwo zarówno protonowe (H⁺) jak i jonowe (O²⁻) w temperaturach powyżej 500°C, co wskazuje na możliwość potencjalnego zastosowania tych materiałów jako elektrolity w ceramicznych ogniwach paliwowych.

Słowa kluczowe

EN

perovskites; solid oxide fuel cell electrolytes; electrical conductivity; composite materials

PL

perowskity; elektrolity w tlenkowych ogniwach paliwowych; przewodnictwo elektryczne; materiały kompozytowe

• 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: 989--992
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gaweł R.

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

autor

Przybylski K.

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

Bibliografia

• [1] A.S. Thorel, M. Chesnaud, M. Viviani, A. Barbucci, S. Presto, P. Piccardo, Z. Ilhan, D. Vladikova, Z. Stoynov, ECS Trans. 25, 753 (2009).
• [2] T. Hibino, A. Hashimoto, M. Suzuki, M. Sano, J. Electrochem. Soc. 149, A1503 (2002).
• [3] T. Shimura, H. Tanaka, H. Matsumoto, T. Yogo, Solid State Ionics. 176, 2945 (2005).
• [4] W. Suksamai, I.S. Metcalfe, Solid State Ionics. 178, 627 (2007).
• [5] X.-Z. Fu, J.-L. Luo, A.R. Sanger, N. Luo, K.T. Chuang, J. Power Sources. 195, 2659 (2010).
• [6] G. Chiodelli, L. Malavasi, C. Tealdi, S. Barison, M. Battagliarin, L. Doubova, M. Fabrizio, C. Mortalò, R. Gerbasi, J. Alloy Compd. 470, 477 (2009).
• [7] D. Vladikova, Z. Stoynov, G. Raikova, A. Thorel, A. Chesnaud, J. Abreu, M. Viviani, A. Barbucci, S. Presto, P. Carpanese, Electrochim. Acta. 56, 7955 (2011).
• [8] M.Z. Krapchanska, D.E. Vladikova, G.S. Raikova, M.P. Slavova, Z.B. Stoynov, Bulg. Chem. Commun. 43, 120 (2011).
• [9] N. Zakowsky, S. Williamson, J.T.S. Irvine, Solid State Ionics. 176, 3019 (2005).
• [10] J.-H. Kim, Y.-M. Kang, M.-S. Byun, K.-T. Hwang, Thin Solid Films. 520, 1015 (2011).
• [11] P. Sawant, S. Varma, B.N. Wani, S.R. Bharadwaj, Int. J. Hydrogen Energ. 37, 3848 (2012).
• [12] F. Zhao, Q. Liu, S. Wang, K. Brinkman, F. Chen, Int. J. Hydrogen Energ. 35, 4258 (2010).
• [13] L. Bi, S. Zhang, L. Zhang, Z. Tao, H. Wang, W. Liu, Int. J. Hydrogen Energ. 34, 2421 (2009).
• [14] H. Yahiro, K. Eguchi, H. Arai, Solid State Ionics. 36, 71 (1989).
• [15] M. Dudek, J. Molenda, Mater. Sci-Poland. 24, 45 (2006).
• [16] M. Dudek, M. Mosiałek, G. Mordarski, R.P. Socha, A. Rapacz-Kmita, Arch. Metall. Mater. 56, 1249 (2011).
• [17] R. Gawel, M. Viviani, K. Przybylski, Arch. Metall. Mater. 58, 393 (2013).
• [18] R. Gawel, K. Przybylski, M. Viviani, J. Therm. Anal. Calorim. 116, 895 (2014).

Uwagi

EN

The research leading to these results has received funding from the European Union’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement No 213389.

PL

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