Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tetragonalny dwutlenek cyrkonu w układzie 3Y-TZP/Al2O3 jako elektrolit stały dla średniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC

Obal K., Brylewski T., Adamczyk A., Pędzich Z., Rękas M.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 1

27--36

PL

Niniejsza praca obejmuje otrzymywanie oraz badania właściwości fizykochemicznych tetragonalnego dwutlenku cyrkonu w układzie 3Y-TZP/Al2O3 jako elektrolitu stałego do średniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC. Syntezę proszku roztworu stałego Y2O3-ZrO2 zawierającego 3% mol. Y2O3 (3-YSZ), o strukturze tetragonalnej, przeprowadzono metodą współstrącania-kalcynacji. W wyniku: impregnacji proszku 3-YSZ roztworem azotanu glinu, zagęszczania, a następnie spiekania w 1773 K przez 2 godz. w powietrzu uzyskano serię tetragonalnych odmian dwutlenku cyrkonu zawierających 0,35%, 0,5% i 0,75% mol. Al2O3. Charakterystykę fizykochemiczną gęstych polikrystalicznych spieków przeprowadzono przy pomocy metod XRD, SEM-EDS i EIS. W wyniku zmian strukturalnych i mikrostrukturalnych wywołanych zastąpieniem jednofazowego materiału 3Y-TZP układem 3Y-TZP/Al2O3, zawierającym oprócz fazy tetragonalnej niewielką ilość fazy jednoskośnej, uzyskano istotną poprawę przewodnictwa elektrycznego po granicach ziaren w temperaturach poniżej 873 K przy nieznacznym pogorszeniu przewodnictwa wnętrza ziaren.

EN

The presented work describes a procedure used to obtain tetragonal zirconia in the 3Y-TZP/Al2O3 system and a study of its physicochemical properties, focusing on its potential application as a solid electrolyte in the intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). A 3-YSZ powder was obtained from the Y2O3-ZrO2 solid solution of the tetragonal structure containing 3 mol.% Y2O3 by means of the co-precipitation-calcination method. After impregnation of the powder with an aluminum nitrite solution followed by pressing and 2 h sintering at 1773 K in air, a number of 3Y-TZP/Al2O3 materials were obtained, containing 0.35 mol.%, 0.5 mol.% and 0.75 mol.% Al2O3. Physicochemical properties of these polycrystalline materials were investigated using XRD, SEM-EDS, and EIS. As a result of structural and microstructural changes induced by replacing the single-phase 3Y-TZP material with the 3Y-TZP/Al2O3 system containing a small contribution of the monoclinic phase in addition to the tetragonal phase, a significant improvement in the electrical conductivity across grain boundaries was observed at temperatures below 873 K, with an associated slight decrease in the conductivity of the grain interior.

2

Reaktywność chemiczna kompozytowego elektrolitu stałego 3Y-TZP/Al2O3 z materiałem katodowym LSCF48 w kontekście możliwości ich wykorzystania do ogniw paliwowych IT-SOFC

Obal K., Brylewski T., Adamczyk A., Kruk A., Pędzich Z., Rękas M.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 3

212--217

PL

Niniejsza praca dotyczy oceny stabilności chemicznej kompozytowego elektrolitu o osnowie z częściowo stabilizowanego dwutlenku cyrkonu i wtrąceniami tlenku glinu (3Y-TZP/Al2O3) w stosunku do elektrody La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 (LSCF48). Analiza fazowa mieszaniny 3Y-TZP/Al2O3-LSCF48 zestawionej w proporcji wagowej 1:1 i poddanej wygrzewaniu w 1073 K nie wykazała obecności innych faz niż wyjściowe. Wzrost temperatury wygrzewania do 1273 K spowodował powstawanie nowych faz krystalicznych, głównie SrZrO3 i CoFe2O4. Wyniki tych badań wskazują na potencjalne możliwości zastosowania elektrolitu 3Y-TZP/Al2O3 do średniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC ze względu na kompatybilność chemiczną z katodą LSCF48 w temperaturze przewidywanej eksploatacji ogniwa (1073 K). Ze względu na zachodzące zmiany strukturalne w mieszaninie poddanej wygrzewaniu w 1273 K - złącze elektrolit-katoda nie może być wystawione na działanie tej temperatury przez dłuższy okres czasu podczas wytwarzania ogniwa paliwowego.

EN

The paper presents the evaluation of chemical stability of composite electrolyte with the partially stabilized zirconia matrix and aluminium oxide inclusions (3Y-TZP/Al2O3) in relation to the La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 (LSCF48) electrode. Phase analysis of the 3Y-TZP/Al2O3-LSCF48 mixture batched in a weight ratio of 1:1, and annealed in air at 1073 K revealed the presence of the starting components only while the increase of annealing temperature up to 1273 K (for 5 h and 100 h) caused the formation of new crystalline phases, mainly of SrZrO3 and CoFe2O4. These studies indicate the potential for the application of 3Y-TZP/Al2O3 in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) due to the chemical compatibility with the LSCF48 cathode at the expected operation temperature of a cell (1073 K). Due to structural changes of the mixture annealed at 1273 K, the electrolyte-cathode connector cannot be exposed to that temperature for a long time during the manufacturing stage of a fuel cell.

3

Modyfikacja tetragonalnej odmiany cyrkonii stabilizowanej tlenkiem itru z przeznaczeniem na elektrolity do ogniw paliwowych typu IT-SOFC

Obal K., Brylewski T., Pędzich Z., Rękas M.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 3

352--360

PL

W niniejszej pracy, na tle literatury i badań własnych, przedstawiono zagadnienia związane z modyfikacją mikrostruktury tetragonalnej odmiany cyrkonii stabilizowanej tlenkiem itru poprzez wytworzenie kompozytowego elektrolitu dyspersyjnego 3Y-TZP/Al2O3. Wyniki tych badań wskazują na potencjalne możliwości zastosowania tego kompozytu jako elektrolitu stałego o stabilnych parametrach użytkowych do średniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC, przewidzianych do pracy w zakresie temperatur 600-800 °C.

EN

The paper presents issues related to the modification of the microstructure of tetragonal zirconia stabilized with yttrium oxide via the formation of a dispersed composite 3Y-TZP/Al2O3 electrolyte. These studies point to the potential application of this composite as a solid electrolyte with stable functional parameters for the Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells (IT-SOFC) designed for operation in the temperature range of 600-800 °C.

4

Domieszkowana tlenkiem glinu tetragonalna cyrkonia z przeznaczeniem na elektrolit stały do ogniw paliwowych typu SOFC

Obal K.

Logistyka

|

2013

|

nr 4

PL

Tlenki na bazie stabilizowanej cyrkonii należą do najbardziej rozpowszechnionych tworzyw ceramicznych, które wykorzystuje się między innymi do produkcji elektrolitów dla stałotlenkowych ogniw paliwowych SOFC. Wiąże się to z ich wysokim przewodnictwem jonowym, dobrą wytrzymałością mechaniczną oraz chemiczną odpornością. Zastosowanie ogniw SOFC z elektrolitem ZrO2 stabilizowanym 8% mol tlenkiem itru (YSZ) do celów komercyjnych ograniczone jest z powodu wysokiej temperatury pracy rzędu 9001000°C. Obecnie podejmuje się próby zastąpienia regularnej odmiany YSZ tetragonalną cyrkonią stabilizowaną 3% mol tlenkiem itru (3Y-TZP). Przesłanką zastosowania elektrolitu 3Y-TZP do ogniw jest wyższa wytrzymałość mechaniczna oraz niższa energia aktywacji przewodnictwa elektrycznego w porównaniu z materiałem YSZ w zakresie średnich temperatur, tj. poniżej 700°C.

EN

Oxygen conducting solid electrolytes based on zirconia play an important role in technologies such as solid oxide fuel cells (SOFC) electrolytes, oxygen electrochemical pumps and separators and oxygen sensors. Stabilized zirconia has been used almost exclusively as the electrolyte in SOFCs because the material possesses an adequate level of oxygen-ion conductivity and exhibits desirable stability in both oxidizing and reducing atmospheres. Among the various stabilized, the yttria-stabilized material is the most common. However, widespread commercial applications of SOFC with electrolyte based on yttria doped zirconia is limited due to high operating temperatures (700-1000oC). Consequently several approaches have been taken to reduce the operating temperature. The most important challenge is selection of the solid electrolyte exhibiting high ionic conductivity, good mechanical strength as well as high interfacial gas-solid reaction kinetics.