Cải thiện các điện phân YSZ được phun plasma cho pin nhiên liệu oxide rắn bằng cách bổ sung alumina

Ionics - Tập 16 - Trang 447-453 - 2010
Amin Mirahmadi1, Mohammad Pourmalek1
1Manufacturing Engineering Group, Mechanical Engineering Department, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran

Tóm tắt

Phun plasma khí quyển là một quy trình nhanh chóng và tiết kiệm cho việc lắng đọng điện phân zirconia ổn định yttria (YSZ) cho pin nhiên liệu oxide rắn. Các bột YSZ đã được sử dụng để chuẩn bị các lớp gốm mỏng phun plasma trên nền kim loại bằng công nghệ phun plasma ở áp suất khí quyển. Việc pha alumina được áp dụng để cải thiện các đặc tính cấu trúc và tính chất điện của YSZ. Ảnh hưởng của việc bổ sung alumina từ 1 đến 5 wt.% lên các thuộc tính của lớp phim YSZ phun plasma đã được khảo sát. Kết quả cho thấy độ thẩm thấu khí của lớp điện phân YSZ pha Al đạt mức 8.6 × 10−7 cm4 gf−1 s−1, đây là giá trị cần thiết cho hoạt động thực tiễn của các pin nhiên liệu oxide rắn. Việc pha alumina đã làm tăng đáng kể độ dẫn ion của YSZ phun plasma. Điện áp mạch hở của lớp phủ YSZ pha alumina gần bằng với giá trị lý thuyết cho vật liệu YSZ dày đặc.

Từ khóa

#phun plasma khí quyển #zirconia ổn định yttria #điện phân #alumina #pin nhiên liệu oxide rắn

Tài liệu tham khảo

W Vielstich, HA Gasteiger, A Lamm (eds) (2003) Handbook of fuel cells—fundamentals, technology and applications. Wiley, Chichester Milieška M, Brinkienẻ K, Kẻželis R, Čẻsnienẻ J (2009) Microstructure and properties of plasma sprayed Al-doped YSZ coatings. Lithuanian Journal of Physics 49:81–84. doi:10.3952/lithjphys.49108 Marques FMB, Navarro LM (1996) Performance of double layer electrolyte cells part I: model behavior. J Solid State Ion 90:183–192. doi:10.1016/S0167-2738(96)00384-0 Sridhar KR, Vaniman BT (1997) Oxygen production on mars using solid oxide electrolysis. Solid State Ion 93:321–328. doi:10.1016/S0167-2738(96)00513-9 Carlos López-Gndaraá, Francisco M Ramos, Albert Cirera (2009) YSZ-based oxygen sensors and the use of nanomaterials: a review from classical models to current trends. J Sens 2009, 15 pp. doi:10.1155/2009/258489 Will J, Mittendorfer A, Kleinlogel C, Perednis D, Gauckler LJ (2000) Fabrication of thin electrolytes for second-generation solid oxide fuel cells. Solid State Ion 131:79–96. doi:10.1016/S0167-2738(00)00624-X Okumura K, Aihara Y, Ito S, Kawasaki S (2000) Development of thermal spraying-sintering technology for solid oxide fuel cells. J Therm Spray Tech 9:354–359 Kesler O (2007) Plasma spray processing of planar solid oxide fuel cells. Mater Sci Forum 539–543:1385–1390. doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.539-543.1385 Vaßen R, Hathiramani D, Mertens J, Haanappel VAC, Vinke IC (2007) Manufacturing of high performance solid oxide fuel cells (SOFCs) with atmospheric plasma spraying (APS). Surf Coat Technol 202:499–508. doi:10.1016/j.surfcoat.2007.06.064 Rose L, Tang Z, Burgess A, et al. (2007) Improvement of plasma sprayed yttria stabilized zirconia (YSZ) electrolytes for solid oxide fuel cells by spin coated sol gel solutions. Proceedings of the 2007 International Thermal Spray Conference: Global Coating Solutions. Paper 15401, ASM International, Materials Park, OH, USA, pp 478–483 Li CJ, Ning XJ, Li CX (2005) Effect of densification processes on the properties of plasma-sprayed YSZ electrolyte coatings for solid oxide fuel cells. Surf Coat Technol 190:60–64. doi:10.1016/j.surfcoat.2004.04.086 Ahmaniemi S, Vuoristo P, Mantyla T (2002) Improved sealing treatments for thick thermal barrier coatings. Surf Coat Technol 151–152:412–417. doi:10.1016/S0257-8972(01)01643-7 Ning XJ, Li CX, Li CJ, Yang GJ (2006) Modification of microstructure and ionic conductivity of plasma-sprayed YSZ deposit through post-densification process. Mater Sci Eng A 428:98–105. doi:10.1016/j.msea.2006.04.104 Viazzi C, Bonino JP, Ansart F (2006) Synthesis by sol–gel route and characterization of yttria stabilized zirconia coatings for thermal barrier applications. Surf Coat Technol 201:3889–3893 Ahmaniemi S, Vippola M, Vuoristo P, Mäntylä T, Cernuschi F, Lutterottic L (2004) Modified thick thermal barrier coatings: microstructural characterization. J Eur Ceram Soc 24:2247–2258 Khor KA, Yu L, Chan SH, Chen XJ (2003) Densification of plasma sprayed YSZ electrolytes by spark plasma sintering. J Eur Cer Soc 23:1855–1863 Ji Y, Liu J, Lu Z, Zhao X, He T, Su W (1999) Study on the properties of Al2O3-doped (ZrO2)0.92 (Y2O3)0.08 electrolyte. Solid State Ion 126:277–283 Feighery AJ, Irvine JTS (1999) Effect of alumina additions upon electrical properties of 8 mol.% yttria-stabilised zirconia. Solid State Ion 21:209–216 Rizea A, Chirlesan D, Petot C, Petot-Ervas G (2002) The influence of alumina on the microstructure and grain boundary conductivity of yttria-doped zirconia. Solid State Ion 146:341–353 Brinkiene K, Kezelis R (2005) Effect of alumina addition on the microstructure of the plasma sprayed YSZ. J Eur Ceram Soc 25:2181–2184 Hassan AAE, Menzler NH, Blass G, Ali ME, Buchkremer HP, Stöver D (2002) Influence of alumina dopant on the properties of yttria-stabilised zirconia for SOFC applications. J Mater Sci 37:3467–3475 Fauchais P, Fukumoto M, Vacdelle A, Vardelle M (2004) J Therm Spray Tech 13:337 Vaßen R, Träger F, Stöver D (2004) J Therm Spray Tech 13:396 Scheidegger AE (1972) The physics of flow through porous media. University of Toronto Press, Toronto, Canada X-J Ning (2005) Study on the fabrication of Zirconia-based electrolyte for SOFC by atmospheric plasma spraying. PhD Thesis, Xi’an Jiaotong University, pp 38–41 (in Chinese) Paul S, Cipitria A, Golosnoy IO, Xie L, Dorfman MR, Clyne TW (2007) Effects of impurity content on the sintering characteristics of plasma-sprayed zirconia. J Therm Spray Tech 16(5–6):798–803 Golosnoy IO, Paul S, Clyne TW (2008) Modelling of gas permeation through ceramic coatings produced by thermal spraying. Acta Mater 56:874–883 Ide T, Namikawa T, Yamazaki Y (1996) Preparation of 8YSZ thin films on porous lsm substrates by electron beam evaporation. Denki Kagaku 64:681–682 Li C-J, Ohmori A (2002) Relationships between the microstructure and properties of thermally sprayed deposits. Therm Spray Technol 11:365–374 Zhang C, Li CJ et al (2007) Ionic conductivity and its temperature dependence of atmospheric plasma-sprayed yttria stabilized zirconia electrolyte. Mater Sci Eng B 137:24–30. doi:10.1016/j.mseb.2006.10.005