Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ionic conductivity of the CeO2-Gd2O3-SrO system

Dudek M., Mosiałek M., Mordarski G., Socha R., Rapacz-Kmita A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1249-1255

EN

The Pechini method was used to synthesize nanopowders of CeO2-based solid solutions with the formula Ce0.8-xGd0.2SrxO2- for 0

PL

Jednofazowe proszki roztworów stałych Ce0:8-xGd0:2SrxO2- dla 0

2

High temperature oxide electrolytes for electrochemical devices application

Dudek M., Rapacz-Kmita A., Mosiałek M., Mordarski G.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 4

500-505

EN

A coprecipitation–calcination method was used to synthesise powders of 25 mol% Y2O3 in ZrO2 (25YSZ) or 12.5 mol% Y2O3 - 12.5 mol% Yb2O3 in ZrO2 (12.5Yb12.5YSZ) solid solutions. The pellets were cold isostatically pressed and then sintered for 2 h at 1500oC. The corrosion resistance of 25YSZ, 12.5Yb12.5YSZ solid solutions, and CaZrO3-based samples against molten metals, i.e., copper, nickel or iron, were also examined. Based upon this investigation, it is evident that stability of both zirconia with 25 mol% Y2O3 in solid solution and the calcium zirconate containing 48 % CaO material is limited in molten iron. Electrical conductivity measurements were performed by dc four probe and ac impedance spectroscopy methods in the temperature range of 200-1000oC. The highest value of ionic conductivity was found for the sintered samples of 12.5 mol% Y2O3 - 12.5 mol% Yb2O3 in ZrO2. These results indicate that partial substitution of Yb2O3 for Y2O3 in the 25YSZ solid solution leads to an increase of electrical conductivity compared to the solid solution of 25 mol%Y2O3 in ZrO2. It was also found that ionic oxide transference numbers (tion) of 25YSZ and 12.5Yb12.5YSZ solid solutions were close to 1, what indicated on pure oxide ionic conduction in the materials prepared. Test results are also reported for 25YSZ and 12.5Yb12.5YSZ applied as electrolytes in electrochemical oxygen gas sensors as well as in solid oxide cells, involving NiLa2O4 or NiAl2O4. In this way, the Gibbs free energy of formation of NiLa2O4 or NiAl2O4 in the temperature range 800-1000oC was determined. These materials seem to be promising solid oxide electrolytes for electrochemical oxygen probes, and solid oxide galvanic cells designed to study thermodynamic properties of materials important for SOFC technology and other areas of energy industry.

PL

Metodę współstrącania-kalcynacji wykorzystano do syntezy proszków roztworów stałych o składach 25 % mol. Y2O3 w ZrO2 (25YSZ) i 12.5 mol% Y2O3 - 12.5 mol% Yb2O3 w ZrO2 (12.5Yb12.5YSZ) Pastylki, które wcześniej sprasowano izostatycznie, spiekano w temperaturze 1500oC w czasie 2 h. Zbadano odporność korozyjną spieków roztworów stałych 25YSZ, 12.5Yb12.5YSZ, a także elektrolitów zawierających CaZrO3 w środowisku ciekłych metali, takich jak miedź, nikiel i żelazo. Na podstawie tych badań stwierdzono, że stabilność spieków roztworów stałych 25 mol% Y2O3 w ZrO2 (25YSZ) oraz CaZrO3 (48 % mol CaO) jest ograniczona w ciekłym żelazie. Przewodnictwo elektryczne otrzymanych próbek zmierzono metodą 4-elektrodową stałoprądową oraz metodą spektroskopii impedancyjnej w temperaturach 200-1000oC. Spiek roztworu stałego zawierającego 12.5 % mol. Y2O3 - 12.5 % mol. Yb2O3 w ZrO2, charakteryzuje się najwyższymi wartościami przewodnictwa jonowego. Wyniki tych badań wskazują, że częściowe podstawienie tlenku itru(III) tlenkiem iterbu(III) w roztworze stałym 25 % mol Y2O3 w ZrO2 prowadzi do podwyższenia jego przewodności elektrycznej. Wyznaczone wartości liczby przenoszenia jonów tlenkowych (tjon) dla spieków roztworów stałych 25YSZ i 12.5Yb12.5YSZ są bliskie jedności co wskazuje, że otrzymane materiały są praktycznie czystymi przewodnikami jonów tlenkowych. Materiały te przetestowano jako elektrolity tlenkowe do budowy elektrochemicznego sensora tlenu i ogniw galwanicznych przeznaczonych do badań właściwości termodynamicznych materiałów tlenkowych NiLa2O4 i NiAl2O4. W ten sposób wyznaczono wartości entalpii swobodnej ΔG dla tych materiałów w temperaturach 800-1000oC. Badane roztwory stałe 25 % mol Y2O3 w ZrO2 oraz 12.5 % mol Y2O3 - 12.5 % mol Yb2O3 w ZrO2 wydają się być obiecującymi elektrolitami tlenkowymi do budowy elektrochemicznego sensora tlenu oraz ogniw galwanicznych przeznaczonych do badania właściwości termodynamicznych materiałów tlenkowych ważnych dla technologii stałotlenkowych ogniw paliwowych i innych dziedzin energetyki.

3

Kompozytowe przewodniki jonowe lub jonowo-elektronowe zawierające CeO2 lub ZrO2 dla energetyki wodorowej

Dudek M., Rapacz-Kmita A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 2

101-106

PL

Dokonano analizy właściwości elektrycznych, elektrochemicznych i mechanicznych kompozytowych elektrolitów tlenkowych, a także membran o mieszanym (jonowo-elektronowym) przewodnictwie elektrycznym pod kątem poprawy parametrów pracy stałotlenkowych ogniw paliwowych (SOFC) czy reaktorów do wytwarzania gazu syntezowego w porównaniu do tworzyw jednofazowych. Dodatek wtrąceń Al2O3 do osnowy przewodnika jonowego 8% mol Y2O3 w ZrO2 (8YSZ) powoduje niewielki wzrost przewodnictwa jonowego tego materiału w temperaturach 500-800°C, a także prowadzi do polepszenia właściwości mechanicznych. Znaczny wzrost odporności na kruche pękanie zanotowano dla kompozytowych spieków 8YSZ zawierających wtrącenia Nd2Ti2O7. Poprawa właściwości mechanicznych elektrolitu 8YSZ jest cechą korzystną w aspekcie zastosowania go jako elementu konstrukcyjnego do budowy większości urządzeń elektrochemicznych. Wzrost składowej przewodnictwa elektronowego w elektrolitach cerowych przy niskich prężnościach tlenu prowadzi do spadku efektywności pracy ogniw SOFC. Projektowanie gradientowych elektrolitów tlenkowych Ce0,8Sm0,2O2-Bi0,8Eb0,2O2 lub hybrydowych zbudowanych z przewodnika protonowego BaCe0,8Y0,2O3 i przewodnika jonów tlenu, np. Ce0,8M0,2O2, M = Sm, Gd, powoduje poprawę stabilności tych materiałów w redukujących atmosferach gazowych. Stałotlenkowe ogniwa paliwowe (SOFC) z tymi elektrolitami posiadają znacznie lepsze parametry pracy niż te same ogniwa, lecz zawierające tylko elektrolit cerowy. Kompozytowe ceramiczne membrany o jonowo-elektronowym przewodnictwie w układzie Ce0,8Sm0,2O2-La0,8Sr0,2CrO3 czy Ce0,8Sm0,2O2-CoFe2O4 wydają się być perspektywicznymi tworzywami do konstrukcji reaktorów chemicznych przeznaczonych do wytwarzania gazu syntezowego. Podstawowymi zaletami tych kompozytów oprócz zdolności do transportu strumienia tlenu są także stabilność chemiczna i termiczna podczas długotrwałej pracy w warunkach znacznego gradientu ciśnień tlenu.

EN

This work is focused on the comparative analysis of electrical, electrochemical and mechanical properties of composite ceramic oxide electrolytes or composite mixed (ionic-electronic) oxide membranes providing a brief overview of the materials having better performance than monophase ones in solid oxide fuel cells or electrochemical reactors for syngas production. Introduction of Al2O3 inclusions into 8% mol Y2O3 in ZrO2 (8YSZ) matrix, caused small improvement of ionic conductivity in the temperature range 500-800°C and also lead to improvement of mechanical properties compared to pure 8YSZ. The Nd2Ti2O7 secondary phase was also able to coexist with 8YSZ matrix and the fracture toughness KIc of 8YSZ ceramics was also significantly improved by Nd2Ti2O7 addition. The improvement of mechanical properties of 8YSZ electrolyte is a important feature for application of this material in electrochemical devices. The increase of electronic conductivity in ceria-based electrolytes in low oxygen partial pressure caused the decrease of solid oxide fuel cell performance. On the other hand composite layered ceramics involving Ce0.8Sm0.2O2/Bi0.8Eb0.2O2 or Ce0.9Gd0.1O2/BaCe0.8Y0.2O3/Ce0.9Gd0.1O1.95 system exhibited better electrolytic stability in gas atmospheres with low oxygen partial pressure at the temperatures 600-800°C. These materials are successfully tested as electrolytes in solid oxide fuel cells. The gradient ceramic oxide electrolytes seems to overcome the limitation of applying them as solid electrolytes in solid oxide fuel cells for long time per-formance. The design of gradient solid oxide electrolytes in the Ce0.8Sm0.2O2-Bi0.8Eb0.2O2 system or hybrid composite electrolytes involving BaCe0.8Y0.2O3 as a proton ionic conductor and Ce0.8M0.2O2, M = Sm, Gd as a oxygen ionic conductor caused the improvement of chemical stability of this material in reducing gas atmospheres. The solid oxide fuel cells involving such composite electrolytes have a much better parameters of performance than the same solid oxide fuel cell involving only ceriabased electrolytes. The dense composite ceramic membrane made of mixed oxygen ion and electron conducting oxides Ce0.8Sm0.2O2La0.8Sr0.2CrO3 or Ce0.8Sm0.2O2-CoFe2O4 seem to be perspective materials for electrochemical reactors for partial methane oxidation (POM). The main advantages of such composites are only considerable amounts of oxygen permeation flux but also chemical and thermal stability in long-term performance in reactor conditions.