Effect Of The Gadolinium Oxide Addition On The Electrical Properties Of Tetragonal Zirconium Dioxide

• Autorzy: Cyran J. , Wyrwa J. , Drożdż E. , Dziubaniuk M. , Rękas M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0248

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku tlenku gadolinu na właściwości elektryczne tetragonalnego tlenku cyrkonu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was examination of gadolinium-doped 3YSZ electrical and structural properties. Such materials may be used as electrolytes in intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC). First step of the research was synthesis of 3YSZ with different contents of gadolinium (0.25; 0.5; 1.0 at %). Prepared materials were characterized by high porosity. No effect of gadolinium addition on grain size was observed. The experimentally determined values of grain interiors electrical conductivities for gadolinium doped samples are comparable to grain interior conductivities of gadolinium free tetragonal zirconia. On the other hand, a clear effect of gadolinium addition on electrical conductivity of grain boundaries was observed. It was found that 3YSZ containing 0.25 at. % Gd was the most promising from the investigated materials as a solid electrolyte for IT SOFC.

PL

Celem pracy było zbadanie strukturalnych i elektrycznych właściwości dwutlenku cyrkonu stabilizowanego 3% mol. tlenkiem itru (3YSZ) z dodatkiem gadolinu. Tego typu materiał może znaleźć zastosowanie jako elektrolit w średniotemperaturowych stało-tlenkowych ogniwach paliwowych (IT-SOFC). Pierwszym etapem badań była synteza 3YSZ z różną ilością wprowadzonego gadolinu (0.25; 0.5; 1.0 at %). Otrzymane materiały charakteryzowały się wysoką porowatością. Nie zaobserwowano wpływu dodatku gadolinu na wielkość ziaren. Wyznaczone eksperymentalnie wartości przewodnictwa objętości ziaren są porównywalne z wartością przewodnictwa objętości ziaren wykazywanego przez czysty 3YSZ (bez dodatku gadolinu). Z drugiej strony, zaobserwowano znaczny wpływ dodatku gadolinu na przewodnictwo po granicach ziaren. Stwierdzono również, że 3YSZ zawierający 0.25% at. gadolinu był najbardziej obiecującym z badanych materiałów pod kątem zastosowania jako elektrolit w IT – SOFC.

Słowa kluczowe

EN

gadolinium (III) oxide; tetragonal zirconia; electrical properties; grain boundary conductivity

PL

tlenek gadolinu; tetragonalny tlenek cyrkonu; właściwości elektryczne; przewodnictwo 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: 993--998
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Cyran J.

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

autor

Wyrwa J.

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

autor

Drożdż E.

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

autor

Dziubaniuk M.

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

autor

Rękas M.

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

Bibliografia

• [1] K.J. Murphy, J.A. Brunberg, R.H. Cohan, American Journal of Roentgenology 167, 847 (1996).
• [2] B.C.H. Steele, Journal of Power Sources 49, 1 (1994).
• [3] B.C.H. Steele, Solid State Ionics, 129, 95 (2000).
• [4] H. Wang, H. Huang, J.L. Liang, J. Liu, Ceramics International, 40, 3995 (2014).
• [5] Y. Gong, H. Zhal, X. Liu, J. Kong, D. Wu, Applied Surface Science 291, 35 (2014).
• [6] M.N. Rahman, J.R. Gross, R.E. Dultton, H. Wang, Acta Materialia, 54, 1615 (2006).
• [7] A. Portlnha, V. Terelxerla, J. Carneiro, M.F. Costa, N.P. Barradas, A.D. Sequerla, Surface Coating Technology 188-189, 107 (2004).
• [8] M.G. Chourashlya, S.R. Bhardwaj, L.D. Jadhav, Journal of Solid State Electrochemistry 14, 1869 (2010).
• [9] R.J. Ball, R. Stevens, Journal of Materials Science 38, 1413 (2003).
• [10] X. Zhang, M. Robertson, C. Deces-Petit, Y. Xie, R. Hui, I. Qu, O. Kesler, R. Matric, D. Ghosh, Journal of Power Sources 175, 800 (2008).
• [11] D. Shin, H.G. Shin, H. Lee, CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 45, 27 (2014).
• [12] R.C. Singhal, K. Kendall, High-Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications, Elsevier Sci., Oxford, UK (2005).
• [13] S.P.S. Badwal, F.T. Ciacchi, S.S. Rejendran, J. Drennan, Solid State Ionics 109, 167 (1998).
• [14] S.P.S. Badwall, F.T. Ciacchi, Ionics 6, 1 (2000).
• [15] D.J.L. Brett, A. Atkinson, N.P. Brandon, S.J. Skinner, Chemical Society Review 37, 1568 (2008).
• [16] V.V. Kharton, F.M.B. Marques, A. Atkinson, Solid State Ionics 174, 135 (2004).
• [17] S.P.S. Badwal, F.T. Ciacchi, V. Zelizko, Ionics 4, 25 (1998).
• [18] W. Weppner, Solid State Ionics, 52, 15 (1992).
• [19] K. Obal, Z. Pedzich, T. Brylewski, M. Rekas, International Journal of Electrochemical Science 7, 6831 (2012).
• [20] S.P.S. Badwall, J. Drennan, Journal of Matererials Science 24, 88 (1989).
• [21] S.P.S. Badwall, M.V. Swain, Journal of Materials Science Letters 4, 487 (1985).
• [22] D. Meyer, U. Eisele, Ratet, Scripta Materialia 58, 215 (2008).
• [23] M.C. Martin, M.L. Mecartney, Solid State Ionics 161, 67 (2003).
• [24] C-C. Huang, W. Huang, C-H. Su, C-N. Feng, W-S. Kuo, C-S. Yeh, Chemical Communitations 3360 (2009).
• [25] J.A. Gupta, D. Landheer, J.P. Mc Caffrey, G.I. Sproule, Applied Physics Letters 78, 1718 (2001).
• [26] J.E. Bauerle, Journal of Physical Chemistry of Solids 30, 2657 (1969).

Uwagi

EN

The financial support of the NCN, Grant DEC-2012/05/B/ST8/02723 is gratefully acknowledged.

PL

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