Badania fizykochemiczne złożonych tlenków w układzie Mn-Co-O otrzymywanych metodami chemii mokrej

• Autorzy: Kruk A. , Brylewski T. , Adamczyk A. , Kucza W. , Przybylski K.

Warianty tytułu

EN

Physicochemical behaviour of complex oxides obtained from the Mn-Co-O system using wet chemistry methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Spinele manganowo-kobaltowe są obecnie badane jako potencjalne materiały powłok ochronno-przewodzących na powierzchnie stali ferrytycznych. Ze względu na wysokie przewodnictwo elektronowe oraz zdolność blokowania dyfuzji chromu, mogą znaleźć zastosowanie jako powłoki interkonektorów w ogniwach paliwowych typu IT-SOFC. Syntezę spineli manganowo-kobaltowych przeprowadzono metodą zol-żel, współstrącania oraz reakcji w fazie stałej. Strukturę oraz morfologię proszków i spieków, a także przewodnictwo elektryczne spieków badano przy pomocy dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS). Uzyskane spinele o składzie Mn1+xCo2-xO4 wykazywały zróżnicowaną mikrostrukturę, wysokie przewodnictwo elektryczne oraz stabilność strukturalną. Zbadano przejście fazowe układ tetragonalny-regularny oraz określono jego wpływ na właściwości elektryczne Mn1,5Co1,5O4 w podwyższonych temperaturach.

EN

Manganese cobaltite spinels have recently been studied as potential candidates for protective-conducting coatings on the surface of ferritic stainless steels. Because they exhibit high electric conductivity and are efficient at blocking chromium diffusion, they may be applied as coatings on metallic interconnects in IT-SOFCs. Manganese cobaltite spinels were synthesized using the sol-gel, coprecipitation and solid-state reaction methods. The structure and morphology of the powders and bulk samples, as well as the electrical conductivity of bulk samples, were investigated using XRD, SEM and EIS, respectively. The prepared Mn1+xCo2-xO4 spinels exhibited various microstructures, high electrical conductivity and structural stability. Tetragonal-cubic phase transition and its influence on the electrical properties of Mn1.5Co1.5O4 at elevated temperatures were studied.

Słowa kluczowe

PL

stało-tlenkowe ogniwo paliwowe SOFC; metaliczny interkonektor; roztwory stałe spineli; wysokotemperaturowa dyfrakcja rentgenowska; rezystancja elektryczna

EN

solid oxide fuel cell; SOFC; metallic interconnects; spinel solid solutions; high temperature X-ray diffraction; electrical resistance

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 1
• Strony: 120--130
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Kruk A.

autor

Brylewski T.

autor

Adamczyk A.

autor

Kucza W.

autor

Przybylski K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Singhal S.G., Kendall K.: High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications, Elsevier, Kidlington Oxford, (2003).
• [2] Fergus J.W.: „Metallic interconnects for solid oxide fuel cells”, Mater. Sci. Eng., A 397, (2005), 271-283.
• [3] Quadakkers W.J., Piron-Abellan J., Shemet V., Singheiser L.: „Metallic interconnectors for solid oxide fuel cells, - a review”, Mater. High Temp., 20, (2003), 115-127.
• [4] Yang Z., Weil K.S., Paxton D.M., Stevenson J.W.: „Selection and Evaluation of Heat-Resistant Alloys for SOFC Interconnect Applications”, J. Electrochem. Soc., 150, (2003), A1188-A1201.
• [5] Brylewski T., Nanko M., Maruyama T., Przybylski K.: „Application of Fe–16Cr ferritic alloy to interconnector for a solid oxide fuel cell”, Solid State Ionics, 143, (2001), 131-140.
• [6] Hilpert K., Das D., Miller M., Peck D.H., Weib R.: „Chromium Vapor Species over Solid Oxide Fuel Cell Interconnect Materials and Their Potential for Degradation Processes”, J. Electrochem. Soc., 143, (1996), 3642-3647.
• [7] Kurokawa H., Jacobson C.P., DeJonghe L.C., Visco S.: „Chromium vaporization of bare and of coated iron–chromium alloys at 1073 K”, Solid State Ionics, 178, (2007), 287-296.
• [8] Yang Z., Xia G., Stevenson J.W.: „Mn1.5Co1.5O4 Spinel Protection Layers on Ferritic Stainless Steels for SOFC Interconnect Applications”, Electrochem Solid State Lett, 8, (2005), A168-A170.
• [9] Yang Z., Xia G., Simner S.P., Stevenson J.W.: „Thermal Growth and Performance of Manganese Cobaltite Spinel Protection Layers on Ferritic Stainless Steel SOFC Interconnects”, J. Electrochem. Soc., 152, (2005), A1896-A1901.
• [10] Chen X., Hou P.Y., Jacobson C.P., Visco S.J., Jonghe L.C.D.: „Protective coating on stainless steel interconnect for SOFCs: oxidation kinetics and electrical properties”, Solid State Ionics, 176, (2005), 425-433.
• [11] Yang Z., Xia G.-G., Li H.-H., Stevenson J.W.: „(Mn,Co)3O4 spinel coatings on ferritic stainless steels for SOFC interconnect applications”, Int. J. Hydrog. Energy, 32, (2007), 3648-3654.
• [12] Aukrust E., Muan A.: „Phase Relations in the System Cobalt Oxide-Manganese Oxide in Air”, J. Am. Ceram. Soc., 46, (1963), 511.
• [13] Lenglet M., Lefez B.: “Infrared optical properties of cobalt(II) spinels”, Solid State Commun., 98, (1996), 689-694.
• [14] Jarososch D.: „Crystal structure refi nement and reflectance measurements of hausmannite, Mn3O4”, Miner. Petrol., 37, (1987), 15-23.
• [15] Jahn H.A., Teller E.: „Stability of Polyatomic Molecules in Degenerate Electronic States. I. Orbital Degeneracy”, Proc. Roy. Soc. (London), A 161 (1937), 220-235.
• [16] Bordeneuve H., Tenailleau C., Guillemet-Fritsch S., Smith R., Suard E., Rousset A.: „Structural variations and cation distributions in Mn3−xCoxO4 (0 ≤ x ≤ 3) dense ceramics using neutron diffraction data”, Solid State Sci., 12, (2010), 379-386.
• [17] Naka S., Inagaki M., Tanaka T.: „On the formation of solid solution in Co3−xMnxO4 system”, J. Mater. Sci., 7, (1972), 441- 444.
• [18] Eba H., Sakurai K.: „Site occupancy determination for manganese in some spinel-type oxides by Kβ X-ray fluorescence spectra”, J. Solid State Chem., 178, (2005), 370- 375.
• [19] Wickham D.G., Croft W.J.: „Crystallographic and magnetic properties of several spinels containing trivalent ja-1044 manganese”, J. Phys. Chem. Solids, 7, (1958), 351-360.
• [20] Spencer C.D., Schoeer D.: „Mössbauer study of several cobalt spinels using Co57 and Fe57” Phys. Rev. B, 9, (1974), 3658-3665.
• [21] Blasse G.: „Ferromagnetism and ferrimagnetism of oxygen spinels containing tetravalent manganese”, Philips Res. Rep., 18, (1963), 383-389.
• [22] Boucher B., Buhl R., Di Bella R., Perrin M.: „Etude par des mesures de diffraction de neutrons et de magnétisme des propriétés cristallines et magnétiques de composés cubiques spinelles Co3-xMnxO4 (0,6 ≤ x ≤ 1,2)”, J. Phys., 31, (1970), 113- 116.
• [23] Yamamoto N., Higashi S., Kawano S., Achiwa N.: „Preparation of MnCo2O4 by a wet method and its metal ion distribution”, J. Mat. Sci. Lett., 2, (1983), 525-526.
• [24] Jabry E.H., Rousset A., Lagrange A.: „Preparation and characterization of manganese and cobalt based semiconducting ceramics”, Phase Transform., 13, (1988), 63- 71.
• [25] Rios E., Gautier J.L., Poillerat G., Chartier P.: „Mixed valency spinel oxides of transition metals and electrocatalysis: case of the MnxCo3−xO4 system”, Electrochem. Acta, 44, (1998), 1491- 1497.
• [26] Bordeneuve H., Guillemet-Fritsch S., Rousset A., Schuurman S., Poulain V.: „Structure and electrical properties of singlephase cobalt manganese oxide spinels Mn3−xCoxO4 sintered classically and by spark plasma sintering (SPS)”, J. Solid State Chem., 182, (2009), 396-401.
• [27] Petric A., Ling H.: „Electrical Conductivity and Thermal Expansion of Spinels at Elevated Temperatures”, J. Am. Ceram. Soc., 90, (2007), 1515-1520.
• [28] Bordeneuve H., Rousset A., Tenailleau C., Guillemet-Fritsch S.: „Cation distribution in manganese cobaltite spinels Co3−xMnxO4 (0 ≤ x ≤1) determined by thermal analysis”, J. Therm. Anal. Calorim., 101, (2010), 137-142.
• [29] Vila E., Rojas R.M., Martin de Vidales J.L., Garcia-Martinez O.: „Structural and Thermal Properties of the Tetragonal Cobalt Manganese Spinels MnxCo3-xO4 (1.4 < x < 2.0)”, Chem. Mater., 8, (1996), 1078-1083.
• [30] Pampuch R., Haberko K., Kordek M.: Nauka o procesach ceramicznych, PWN, W-wa, 1992.