Otrzymywanie i właściwości ceramicznych elektrolitów tlenkowych w układzie CeO2-Sm2O3-R2O3 (R=La, Gd)

• Autorzy: Dudek M. , Bogusz W. , Raźniak A. , Trybalska B. , Zych Ł.

Warianty tytułu

EN

Manufacturing and properties oxide electrolytes in CeO2-Sm2O3-R2O3 (R=La, Gd) system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy scharakteryzowano właściwości elektryczne i elektrochemiczne spieków z układu CeO2-Sm2O3-R2O3 (R = La, Gd) pod kątem zastosowania ich jako tlenkowych elektrolitów stałych w urządzeniach elektrochemicznych pracujących w temperaturach 600-700 stopni C. Do badań sporządzono dwie serie roztworów stałych zaw. CeO2 tj. Ce(1-x)MxO2, gdzie M = Sm, Gd, La a x wynosi od 0 do 0,25, oraz Ce(0.8)Sm(0.2-x)RxO2, R = Gd, La a x wynosi od 0 do 0,2. Jednofazowe proszki zawierające CeO2 otrzymano metodą współstrącenia-prażenia. Wypraski sporządzone z tych proszków spiekano w temperaturze 1500 stopni C przez 2h. Spieczone próbki roztworów stałych Ce(1-x)MxO2, gdzie M = La, Sm, Gd oraz Ce(0.8)Sm02-xGdxO2, charakteryzowały się gęstością względną powyżej 96% gęstości teoretycznej. W przypadku spieków roztworu stałego Ce(0.8)Sm(0.2-x)LaxO2, otrzymano niższe wartości gęstości względnej ok. 93-94 %. Zmiany parametru sieciowego a roztworów stałych Ce(1-x)MxO2, gdzie M = La, Sm, Gd , 0

EN

The paper characterized electrical and electrochemical properties of sintered bodies in CeO2-Sm2O3-R2O3 (R = La, Gd) system in the aspect of their application as oxide solid electrolytes for electrochemical devices working at temperatures in the range 600-700 Celsius degrees. Two series of solid solutions containing CeO2 were prepared: Ce(1-x)MxO2, where M = Sm, Gd, La and x changed from 0 to 0,25 and Ce(0.8)Sm(0.2-x)RxO2, where R = Gd, La and x changed from 0 to 0,2. Monophase powders containing CeO2 were manufactured by coprecipitation-calcination method. compacts made from these powders were sintered at 1500 Celsius degrees for 2 hours. The bulk density of sintered bodies of Ce(0.8)Sm(0.2-x)LaxO2 solid solution exceed 96% of theoretical density. In the case of Ce(0.8)Sm(0.2-x)LaxO2 solid solution bulk densities were Iower - 93-94 % of theo. The lattice parameter a changes of Ce(1-x)MxO2 (M = Sm, Gd, La, 0 < x < 0,25 and Ce(0.8)Sm(0.2-x)RxO2 (R = Gd, La, 0 < x < 0,2) solid solutions were determined by X-ray diffraction method. The electrical properties of CeO2-Sm2O3-R2O3, R= La, Gd materials were measured by impedance spectroscopy method in 200 - 700 Celsius degrees temperature range. On the basis of these measurements it was established that Ce(0.8)Sm(0.18)Gd(0.02)O2 sintered bodies showed the highest ionic conductivity σc=3,8-10(-2) (S/cm) at 600 Celsius degrees. This electrolyte was tested in electrochemical oxygen sensor working in 500 - 750 Celsius degrees temperature range.

Słowa kluczowe

PL

elektrolity tlenkowe ceramiczne

EN

oxide electrolytes

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 59, nr 3
• Strony: 88--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Dudek M.

autor

Bogusz W.

autor

Raźniak A.

autor

Trybalska B.

autor

Zych Ł.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Bibliografia

• [1] V.S Stubican, w: Science and Technology of Zirconia III. Advances in Ceramics vol. 24. Edited by S. Somiya, Y. Yamamoto, H. Yanagida, American Ceramic Society: Columbus, OH, 1988, 71-82.
• [2] S. Chandra: Superionic Solids. Amsterdam, New York, Oxford, North-Holand 1981.
• [3] Y. Zhang, X. Huang, Z.Lu, Z.Liu, X.Ge, J.Xu, X.Xin, X.Sha, W. Su A novel method of fabrication of Y2O3-stabilized ZrO2 electrolyte films, Journal of the American Ceramic Society 89 (2006) 2304-2307
• [4] D. Chen, X. Liu, J.Tong, B. Li, Lowcost fabrication and performance of YSZ electrolyte thin -substrate, Key Engineering Materials Vol. 280-283 (2005), 439-42.
• [5] B.C.H. Steele, Materiał science and engineering: The enabling technology forthe commercialisation of fuel cell systems: Journal of Materials Science 36 (2001) 1053
• [6] N. Yamazoe, Towards innovations of gas sensor technology, Sensors and Actuators B 108 (2005) 2-14.
• [7] L. Kindermann, D.Das, D. Bahadur, R. Weisp,H. Nickel, K. Hilpert, Chemical interactions between La-Sr-Mn-Fe-O based perovskites and yttria-stabilized zirconia, Journal of the American Ceramic Society 80 (1997) 909-14.
• [8] S.PS Badwal, Stability of solid oxide fuel celi components Solid State lonics 143 (2001)39-6
• [9] H. Yahiro, T. Ohuchi, K. Eguchi, Electrical propertiesand microstructure in the system ceria- alkaline earth oxide Journal of Materials Science 23 (1988) 1036-1041
• [10] H. Inaba, H. Tagawa, Ceria - based solid electrolytes Solid State lonics 83 (1996) 1-16
• [11] T. Matsui, M. Inaba, A. Mineshige, Z. Ogumi, Electrochemical properties of ceria-based oxide for use in intermediate temperature SOFCs, Solid State lonics 176 (2005) 647-654
• [12] V. Kharton, F.Figueiredo, L.Navarro, E.Naumovich, A.V. Kovalev-sky, A.Yaremchenko, A.P Viskup, A. Carneiro, F. Marques, J.R Frade, Ceria-based materials, Journal of Materials Science 36 (2001)1105-1117
• [13] J. Park, H.Yoon, E. Wachsman, Fabrication and characterization of high -conductivity bilayer electrolytes for intermediate -temperature solid oxide fuel cells, Journal of the American Ceramic Society 88 (2005) 2402-2408
• [14] Ch. Milliken, S. Guruswamy, Properties and performance of cation-doped ceria electrolyte materials in Solid Oxide Fuel Celi Applications, Journal of the American Ceramic Society 85 (2002) 2479-86.
• [15] Y. Ji, J. Liu, T. He, J. Wang, W. Su, The effect of Pr co-dopant on the performance of solid oxide fuel cells with Sm-doped ceria electrolyte, Journal of Alloys and Compounds 389 (2005) 317-322.
• [16] T. Mori, T. Ikegami Application of crystallographic index for improvement electrolytic properties of CeO2-Sm2O3 system Journal of the Electrochemical Society 146 1999, 4380
• [17] A. Raźniak, P. Tomczyk, Application of microelectrodes for investigation of the oxygen electrode reaction in selected solid electrolytes, Materials Science -Poland 2007 (w druku).
• [18] R. D. Shannon, C. T. Prewitt: „Effective lonic Radii in Oxides and Fluorides" Acta Crystaolographica B 25 (1969) 925-946.
• [19] S. Song, L. Martin, R. Glass, E. Murray, J.H Visser, R. Soltis, R. Novak, D. J. Kubiński Aging studies of Sr-doped LaCrO3/YSZ/Pt cells for and electrochemical NO(x) sensor Journal of the Electrochemical Society 153 (9) 2006 171-180