Badania stabilności chemicznej kompozytowych elektrolitów stałych na osnowie BaCe0,85Y0,15O3-δ i Ce0,85Y0,15O2-δ do zastosowania w podwójnym ogniwie paliwowym PCFC-SOFC

Gaweł, R. A.; Przybylski, K.; Gajerski, R.; Brylewski, T.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badania stabilności chemicznej kompozytowych elektrolitów stałych na osnowie BaCe0,85Y0,15O3-δ i Ce0,85Y0,15O2-δ do zastosowania w podwójnym ogniwie paliwowym PCFC-SOFC

Autorzy

Gaweł R. A. , Przybylski K. , Gajerski R. , Brylewski T.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://mccm.ptcer.pl/

Identyfikatory

Warianty tytułu

Chemical Stability of BaCe0.85Y0.15O3-δ + Ce0.85Y0.15O2-δ electrolyte composites for use in a dual-cell concept

Języki publikacji

Abstrakty

Celem niniejszej pracy jest określenie stabilności chemicznej materiałów elektrolitowych BaCe0,85Y0,15O3-δ i Ce0,85Y0,15O2-δ w postaci proszków i spieków. Próbki do badań stabilności poddawano starzeniu przez 600 godz. zarówno w temperaturze pokojowej, jak i 873 K w mieszaninie gazów CO2/H2O. W badaniach procesów fizykochemicznych zachodzących podczas starzenia proszków i spieków w w/w warunkach zastosowano termiczną analizę różnicową oraz termograwimetrię, natomiast analizę składu chemicznego gazów uwalnianych z badanych próbek podczas ich ogrzewania przeprowadzono przy użyciu spektrometru masowego. Analizę składu fazowego i chemicznego oraz morfologię próbek przeprowadzono przy użyciu dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego oraz skaningowej mikroskopii elektronowej połączonej z dyspersją energii promieniowania rentgenowskiego. Wykazano, że w temperaturze pokojowej proszki i spieki kompozytowe adsorbują niewielkie ilości pary wodnej, natomiast nie stwierdzono adsorpcji CO2. W 873 K stwierdzono, że w/w materiały adsorbują głównie CO2, podczas gdy na parę wodną są odporne. Stosunek adsorbowanego CO2 do zawartości Ba w próbkach zależy od rodzaju próbki oraz składu kompozytu.

The aim of this work is to determine the chemical stability of BaCe0.85Y0.15O3-δ and Ce0.85Y0.15O2-δ electrolyte materials in the form of powders and bulk samples. The samples underwent ageing for 600 hrs at both room temperature and 873 K in a CO2/H2O gas mixture. To determine the physicochemical processes that took place during the powder and bulk sample ageing process in the above-mentioned conditions, differential thermal analysis and thermogravimetry were used. However, the chemical composition analysis of the gases released from the studied samples during their heating was carried out by a mass spectrometer. Analysis of the phase and chemical composition, as well as the morphology of the samples was carried out via X-ray diffraction and scanning electron microscopy combined with energy dispersion spectroscopy. It was shown that at room temperature the composite powders and bulk samples adsorb small amounts of water vapour, however the absorption of CO2 was not determined. At 873 K it was determined that the afore-mentioned materials mainly adsorb CO2, while they are resistant against water vapour. The ratio of CO2 to the amount of Ba in the samples is dependent on the type of studied sample and the chemical composition of a given composite.

Słowa kluczowe

stało-tlenkowe ogniwo paliwowe SOFC protonowe ogniwo paliwowe PCFC stabilność chemiczna analiza termiczna

solid oxide fuel cell (SOFC) Protonic Conductor Fuel Cell (PCFC) chemical stability thermal analysis

Wydawca

Polskie Towarzystwo Ceramiczne

Czasopismo

Materiały Ceramiczne

Rocznik

2012

Tom

T. 64, nr 4

Strony

577--583

Opis fizyczny

Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Gaweł R. A.

autor

Przybylski K.

autor

Gajerski R.

autor

Brylewski T.

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska, brylew@agh.edu.pl

Bibliografia

[1] Thorel A.S., Chesnaud, M., Viviani M., Barbucci S., Presto S., Piccardo P., Ilhan Z., Vladikova D., Stoynov Z.: „IDEAL-Cell, a High Temperature Innovative Dual mEmbrAne Fuel-Cell”, ECS Transactions, 25(2), (2009), 753-762.
[2] Iwahara H., Esaka T., Uchida H., Maeda N.: „Proton conduction in sintered oxides and its application to steam electrolysis for hydrogen production”, Solid State Ionics, 3-4, (1981), 359-363.
[3] Iwahara H., Uchida H., Ono K., Ogaki K.: „Proton Conduction in Sintered Oxides Based on BaCeO3”, J. Electrochem. Soc., 135, (1988), 529-533.
[4] Iwahara H., Yajima T., Hibino T., Ozaki K., Suzuki H.: „Protonic conduction in calcium, strontium and barium zirconates”, Solid State Ionics, 61, (1993), 65-69.
[5] Gopalan S., Virkar A.V.: „Thermodynamic Stabilities of SrCeO3 and BaCeO3 Using a Molten Salt Method and Galvanic Cells”, J. Electrochem. Soc., 140, (1993), 1060-1065.
[6] Scholten M.J., Shoonman J., Van Miltenburg J.C., Oonk H.A.J.: „Synthesis of strontium and barium cerate and their reaction with carbon dioxide”, Solid State Ionics, 61, (1993), 83-91.
[7] Bonanos N.: ”Transport properties and conduction mechanism in high-temperature protonic conductors”, Solid State Ionics, 53-56, (1991), 967-974.
[8] Iwahara H., Yajima T., Hibino T., Ushida H.: „Performance of Solid Oxide Fuel Cell Using Proton and Oxide Ion Mixed Conductors Based on BaCe1–xSmxO3–α”, J. Electrochem. Soc., 140, (1993), 1687-1691.
[9] Stevenson D.A., Jiang N., Buchanan R. M., Henn F.E.G.: „Characterization of Gd, Yb and Nd doped barium cerates as proton conductors”, Solid State Ionics, 62, (1993), 279-285.
[10] Kreuer K.D., Schönherr E., Maier J.: „Proton and oxygen diffusion in BaCeO3 based compounds: A combined thermal gravimetric analysis and conductivity study”, Solid State Ionics, 70-71, (1994), 278-284.
[11] Bonanos N., Knight K.S., Ellis B.: „Perovskite solid electrolytes: Structure, transport properties and fuel cell applications”, Solid State Ionics, 79, (1995), 161-170.
[12] Bonanos N.: ”Oxide-based protonic conductors: point defects and transport properties”, Solid State Ionics, 145, (2001), 265-274.
[13] Chen F., Sørensen O.T., Meng G., Peng D.: „Chemical stability study of BaCe0.9Nd0.1O3-α high-temperature proton-conducting ceramic”, J. Mater. Chem., 7, (1997), 481-485.
[14] Zakowsky N., Williamson S., Irvine J.T.S.: „Elaboration of CO2 tolerance limits of BaCe0.9Y0.1O3-δ electrolytes for fuel cells and other applications”, Solid State Ionics, 176, (2005), 3019-3026.
[15] Matsumoto H., Kawasaki Y., Ito N., Enoki M., Ishihara T.: ”Relation Between Electrical Conductivity and Chemical Stability of BaCeO3-Based Proton Conductors with Different Trivalent Dopants”, Electrochem. Solid-State Lett., 10, (2007), B77-B80.
[16] Bi L., Zhang S., Zhang L., Tao Z., Wang H., Liu W.: „Indium as an ideal functional dopant for a proton-conducting solid oxide fuel cell”, Int. J. Hydrogen Energy, 34, (2009), 2421-2425.
[17] Wu J., Li L.P., Espinosa W.T.P., Haile S.M.: „Defect chemistry and transport properties of BaxCe0.85M0.15O3-δ”, J. Mater. Res., 19, (2004), 2366-2376.
[18] Wu J., Davies R.A., Islam M.S., Haile S.M.: „Atomistic Study of Doped BaCeO3: Dopant Site-Selectivity and Cation Nonstoichiometry”, Chem. Mater., 17, (2005), 846-851.
[19] Ryu K.H., Haile S.M.: ”Chemical stability and proton conductivity of doped BaCeO3–BaZrO3 solid solutions”, Solid State Ionics, 125, (1999), 355-367.
[20] Haile S.M., Staneff G., Ryu K.H.: „Non-stoichiometry, grain boundary transport and chemical stability of proton conducting perovskites”, J. Mat. Sci., 36, (2001), 1149-1160.
[21] Lu J., Wang L., Fan L., Li Y., Dai L., Guo H.: „Chemical stability of doped BaCeO3-BaZrO3 solid solutions in different atmospheres”, J. Rare Earths, 26, (2008), 505-510.
[22] Pasierb P., Drożdż-Cieśla E., Gajerski R., Łabuś S., Komornicki S., Rękas M.: „Chemical Stability of Ba(Ce1–xTix)1–yYyO3 Proton-Conducting Solid Electrolytes”, J. Therm. Anal. Calor., 96, (2009), 475-480.
[23] Xie K., Yan R., Liu X.: „Stable BaCe0.7Ti0.1Y0.2O3-δ proton conductor for solid oxide fuel cells”, J. Alloys Comp., 479, (2009), L40-L42.
[24] Ma G., Shimura T., Iwahara H.: ”Ionic conduction and nonstoichiometry in BaxCe0.90Y0.10O3−α”, Solid State Ionics, 110, (1998), 103-110.
[25] Gao W., Sammes N.M.: An Introduction to Electronic and Ionic Materials, Wyd. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., (1999), 271.
[26] Kröger F.A., Vink H.J.: „Relations between the Concentrations of Imperfections in Crystalline Solids”, Solid State Phys., 3, (1956), 307-435.
[27] Hartmanova M., Lomonova E.E., Navratil V., Sutta P., Kundracik F.: „Characterization of yttria-doped ceria prepared by directional crystallization”, J. Mater. Sci., 40, (2005), 5679-5683.
[28] Thorel A.S. (Project coordinator): Periodic consortium report Y2 (D1.2), IDEAL-Cell project, (2009), 137.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-AGH1-0033-0049