view in publisher's site

Dense Y-doped ion conducting perovskite films of BaZrO3, BaSnO3, and BaCeO3 for SOFC applications produced by powder aerosol deposition at room temperature

Highlights•Dense proton conducting thick-films were produced by Powder Aerosol Deposition.•Densification achieved by room temperature spray-coating - no sintering required.•Comprehensive study on three doped materials classes: BaZrO3, BaSnO3, and BaCeO3.•Annealed films show bulk-like electrical conductivities and ionic transfer numbers.•Film deposition on porous NiO-cermet electrode as required for SOFC membranes.AbstractState-of-the-art solid oxide fuel cells (SOFC) are based on oxide ion conducting zirconia electrolytes, typically doped by yttria or scandia. Major drawback of these systems are their high operation temperatures of 800 °C and above. These are necessary for a sufficient ionic conductivity. Instead of oxide ions, also protonic charge carriers could be used in SOFC. The material classes of barium zirconates (BaZrO3), barium stannates (BaSnO3), and barium cerates (BaCeO3) are described as good proton conductors, especially when the B-site of the ABO3 perovskite structure is aliovalently doped by yttria. Their protonic conductivity values in the moderate temperature regime up to 600 °C are comparable to YSZ at 800 °C, making these compounds ideal candidates for a usage in future SOFC. Unfortunately, very high sintering temperatures up to 1800 °C are required to process dense and therefore gas-tight solid electrolyte membranes. However, a novel spray coating method called powder aerosol deposition (PAD, also known as AD) enables to form fully dense ceramic films directly at room temperature without any necessary sintering processes. Films are deposited from ceramic powders that are accelerated by a dry carrier gas flow under vacuum conditions.In this work, we investigated the film formation of three different barium based perovskite ceramics, namely yttria doped barium zirconate, barium stannate, and barium cerate by powder aerosol deposition. The optical and mechanical quality of films was evaluated using scanning electron microscopy and microhardness indentation and their crystallographic properties were characterized by X-ray diffraction. The electrical behavior was analyzed by electrochemical impedance spectroscopy and DC polarization methods up to temperatures of 1000 °C and 800 °C, respectively. Furthermore, a preliminary study about the film formation on porous electrodes was conducted.

یون دوپه شده با Y برای کاربردهای SOFC تولید شده توسط رسوب ذرات پودر در دمای اتاق

هایپر * پروتون Dense که فیلم‌های ضخیم را هدایت می‌کرد، توسط شرکت پدر ایروسل دیپوزیشن تولید شد. چگالش حاصل از اسپری دمای اتاق - پوشش - نیازی به تف جوشی نیست. مطالعه جامع بر روی سه گروه مواد دوپه شده: BaZrO۳، BasnO۳ و BaO۳. فیلم‌های تابکاری شده، هدایت الکتریکی توده‌ای و شماره انتقال یونی را نشان می‌دهند. رسوب فیلم بر روی الکترود متخلخل NiO - cermet برای غشای SOFC مورد نیاز است. عیب اصلی این سیستم‌ها دمای بالای عملکرد آن‌ها در دمای ۸۰۰ درجه سانتی گراد و بالاتر است. اینها برای هدایت یونی کافی ضروری هستند. به جای یون‌های اکسید، همچنین حامل‌های بار پروتونی می‌توانند در SOFC استفاده شوند. کلاس مواد زیرکونات های باریوم (BaZrO۳)، باریوم استنیت ها (BaSNO۳)، و باریوم سرسیت ها (BaSO۳)به عنوان رساناهای پروتون خوب توصیف می‌شوند، به ویژه هنگامی که جایگاه B ساختار پروسکایت ABO۳ به صورت آلیووالانسی توسط ایتریا دوپه می‌شود. مقادیر هدایت پروتونی آن‌ها در رژیم دمایی متوسط تا ۶۰۰ درجه سانتی گراد قابل‌مقایسه با دمای ۸۰۰ درجه سانتی گراد است، که این ترکیبات را برای استفاده در SOFC آینده کاندید ایده‌آل می‌سازد. متاسفانه، دمای بسیار بالای تف جوشی تا ۱۸۰۰ درجه سانتی گراد برای پردازش چگالی و در نتیجه غشای الکترولیت جامد گاز سخت مورد نیاز است. با این حال، یک روش جدید پوشش دهی اسپری به نام رسوب ذرات پودر (PAD، که به نام AD نیز شناخته می‌شود)قادر به تشکیل فیلم‌های سرامیکی کاملا متراکم به طور مستقیم در دمای اتاق بدون هیچ گونه فرآیند تف جوشی لازم است. فیلم‌ها از پودرهای سرامیکی رسوب داده می‌شوند که با جریان گاز حامل خشک تحت شرایط خلا شتاب می‌گیرند. در این کار، ما تشکیل فیلم سه سرامیک پروسکایت مبتنی بر باریوم، یعنی زیرکونات دوپه شده با ایتریا، باریوم استنیت و باریوم سرمه شده با رسوب ذرات پودر را بررسی کردیم. کیفیت نوری و مکانیکی فیلم‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و ریز سختی و ویژگی‌های کریستالوگرافی آن‌ها با پراش اشعه ایکس مشخص شد. رفتار الکتریکی با روش‌های طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون DC تا دمای ۱۰۰۰ و ۸۰۰ درجه سانتی گراد تحلیل شد. علاوه بر این، مطالعه مقدماتی در مورد تشکیل فیلم بر روی الکترودهای متخلخل انجام شد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Fuel Technology
  • ترجمه مقاله Fuel Technology
  • مقاله تکنولوژی سوخت
  • ترجمه مقاله تکنولوژی سوخت
  • مقاله Energy Engineering and Power Technology
  • ترجمه مقاله Energy Engineering and Power Technology
  • مقاله مهندسی انرژی و فن‌آوری قدرت
  • ترجمه مقاله مهندسی انرژی و فن‌آوری قدرت
  • مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • ترجمه مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • ترجمه مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • مقاله Condensed Matter Physics
  • ترجمه مقاله Condensed Matter Physics
  • مقاله فیزیک ماده چگال
  • ترجمه مقاله فیزیک ماده چگال
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.