سنتز و بررسی خواص الکتروشیمیایی ترکیبات (Nd0.9La0.1)1.95Sr0.05Ni0.75Cu0.25O4-d و (Nd0.9La0.1)1.9Sr0.1Ni0.75Cu0.25O4-d جهت استفاده به عنوان کاتد در پیل سوختی اکسید جامد

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

حسن شیرانی فرادنبه ¹ (بخش مهندسی مواد، دانشکده منهدسی، دانشگاه شیراز)
محمد حسین پایدار ² (بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران)

تاريخ الإرسال : 28 السبت , شوال, 1438 تاريخ التأكيد : 27 الأحد , محرم, 1440 تاريخ الإصدار : 13 الأحد , محرم, 1440

الکلمات المفتاحية: امپدانس الکتروشیمیایی, پیل سوختی اکسید جامد, کاتد, رسانایی الکتریکی,

ملخص المقالة :

به کار گیری پیل‌های سوختی اکسید جامد در دماهای بالا به مرور زمان باعث آسیب دیدن پیل‌ها می‌گردد، به همین منظور کاهش دمای کاری آن‌ها بسیار مورد توجه است. اما در بیشتر موارد کاهش دما منجر به افزایش مقاومت اجزاء پیل، مخصوصا کاتد می‌گردد. به همین منظور به کارگیری مواد کاتدی که در دماهای نسبتاً پایین رسانایی قابل توجهی داشته باشند همواره مورد توجه بوده است. در این پژوهش ترکیب‌های (Nd0.9La0.1)1.95Sr0.05Ni0.75Cu0.25O4-d (NLSNC0.05) و (Nd0.9La0.1)1.9Sr0.1Ni0.75Cu0.25O4-d (NLSNC0.1) با ساختار کریستالی رادلسدن-پاپر برای اولین بار به روش واکنش در حالت جامد سنتز و خصوصیات الکتروشیمیایی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق از آنالیز اشعه ایکس جهت تعیین ساختار کریستالی استفاده شد. از آنالیز SEM نیز جهت بررسی اندازه ذرات پودر و همچین سطح مقطع شکست نیم‌سل متقارن استفاده شد. هدایت الکتریکی نمونه ها در محدوده دمایی 300 تا 800 درجه سلسیوس در اتمسفر محیط به روش هدایت سنجی چهار پروبی تعیین شد. نتایج این تحقیق نشان داد که هدایت الکتریکی نمونه دارای استرانسیوم به مقدار 1/0 دارای بیشترین رسانایی به میزان 65/117 زیمنس بر سانتیمتر در دمای 500 درجه سلسیوس است. در تحقیق حاضر مقاومت پلاریزاسیون ترکیبات کاتدی فوق به روش آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی بر روی نیم‌سل‌های متقارن با الکترولیت Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC) مورد بررسی قرار گرفت. کمترین میزان به دست آمده برای مقاومت پلاریزاسیونی برای ترکیبات NLSNC0.05 وNLSNC0.1 به ترتیب برابر 22/0 و 26/0 اهم سانتی متر مربع در دمای کاری °C800 تعیین شد.

المصادر:

References: 1-B. C. Steele and A. Heinzel, "Materials for fuel-cell technologies," in Materials For Sustainable Energy: A Collection of Peer-Reviewed Research and Review Articles from Nature Publishing Group, ed: World Scientific, 2011, pp. 224-231.
2 پایدار, شریعت, جوادپور, سیروس, "بهینه سازی -
پارامترهای فرآیند ریخته گری نواری زیرکونیا تثبیت
شده با ایتریا به وسیله طراحی تاگوچی به عنوان
الکترولیت پیل سوختی اکسید جامد," فصلنامه علمی-
پژوهشی مواد نوین, جلد 7 ، ش.ص 47 - 56, 2017 .
3- A. Aguadero, L. Fawcett, S. Taub ,R. Woolley, K.-T. Wu, N. Xu, et al., "Materials development for intermediate-temperature solid oxide electrochemical devices," Journal of Materials Science, vol. 47, pp. 3925-3948, 2012.
4- J. A. Kilner and M. Burriel, "Materials for intermediate-temperature solid-oxide fuel cells," Annual Review of Materials Research, vol. 44, pp. 365-393, 2014.
5- A. Orera and P. Slater, "New chemical systems for solid oxide fuel cells," Chemistry of Materials, vol. 22, pp. 675-690, 2009.
6- A. J. Jacobson, "Materials for solid oxide fuel cells," Chemistry of Materials, vol. 22, pp. 660-674, 2009.
7- J. S. Ahn, D. Pergolesi, M. A. Camaratta, H. Yoon, B. W. Lee, K. T. Lee, et al., "High-performance bilayered electrolyte intermediate temperature solid oxide fuel cells," Electrochemistry Communications, vol. 11, pp. 1504-1507, 2009.
8- C. Leon and J. Santamaria, "Defects, impurities, and transport phenomenon in oxide crystals," Epitaxial Growth of Complex Metal Oxides, p. 209, 2015.
9- S. Li, H. Tu, L. Yu, and M. T .Anwar,
11 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 1/ پاییز 1397
"Fabrication and electrochemical characterizations of Nd 2 NiO 4+ δ-Ce 0.8 Gd 0.2 O 2− δ composite cathodes for anode-supported intermediate temperature solid oxide fuel cells," Electrochimica Acta, vol. 212, pp. 303-312, 2016.
10- R. K. Sharma ,M. Burriel, L. Dessemond, V. Martin, J.-M. Bassat, and E. Djurado, "An innovative architectural design to enhance the electrochemical performance of La 2 NiO 4+ δ cathodes for solid oxide fuel cell applications," Journal of Power Sources, vol. 316, pp. 128-7 , 2016 . .
11- S. Li, H. Tu, F. Li, M. T. Anwar, and L. Yu, "Investigation of Nd 2 Ni 0.9 M 0.1 O 4+ δ (M= Ni, Co, Cu, Fe, and Mn) cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cell," Journal of Alloys and Compounds, vol. 694, pp. 17-23, 2017.
12- H. Shirani-Faradonbeh and M. H. Paydar, "Electrical behavior of the Ruddlesden–Popper phase,(Nd0. 9La0. 1) 2 Ni0. 75Cu0. 25O4 (NLNC) and NLNC-x wt% Sm0. 2Ce0. 8O1. 9 (SDC)(x= 10, 30 and 50), as intermediate‐temperature solid oxide fuel cells cathode ",Ceramics International, vol. 44, pp. 1971-1977, 2018.
13- G. Amow, I. Davidson, and S. Skinner, "A comparative study of the Ruddlesden-Popper series, La n+ 1 Ni n O 3n+ 1 (n= 1, 2 and 3), for solid-oxide fuel-cell cathode applications," Solid State Ionics, vol. 177, pp. 1205-1210, 2006.
14- M. Yashima, N. Sirikanda, and T. Ishihara, "Crystal structure, diffusion path, and oxygen permeability of a Pr2NiO4-based mixed conductor (Pr0. 9La0. 1) 2 (Ni0. 74Cu0. 21Ga0. 05) O4+ δ," Journal of the American Chemical Society, vol. 132, pp. 2385-2392, 2010.
15- J. Xue, A. Schulz, H. Wang, and A. Feldhoff, "The phase stability of the Ruddlesden-popper type oxide (Pr 0.9 La 0.1) 2.0 Ni 0.74 Cu 0.21 Ga 0.05 O 4+ δ in an oxidizing environment," Journal of Membrane Science, vol. 497, pp. 357-364, 2016.
16- Q. Zhou, Y. Gao, F. Wang, D. An, Y. Li, Y. Zou, et al., "Novel cobalt-free cathode material (Nd 0.9 La 0.1) 2 (Ni 0.74 Cu 0.21 Al 0.05) O 4+ δ for intermediate-temperature solid oxide fuel cells," Ceramics International, vol. 41, pp. 639-643, 2015.
17- J. Kuo, H. Anderson, and D. Sparlin, "Oxidation-reduction behavior of undoped and Sr-doped LaMnO3 nonstoichiometry and defect structure," Journal of Solid State Chemistry, vol. 83, pp. 52-60, 1989.
18-Q. Nian, L .Zhao, B. He, B. Lin, R. Peng, G. Meng, et al., "Layered SmBaCuCoO 5+ δ and SmBaCuFeO 5+ δ perovskite oxides as cathode materials for proton-conducting SOFCs," Journal of Alloys and Compounds, vol. 492, pp. 291-294, 2010.
19- H. Li, Z. Cai, Q. Li, C. Sun ,and H. Zhao, "Electrochemical investigation of Pr 2 CuO 4-based composite cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells," Journal of Alloys and Compounds, vol. 688, pp. 972-977, 2016 .
20- H. Zhao, Q. Li, and L. Sun, "Ln 2 MO 4 cathode materials for solid oxide fuel cells," Science China Chemistry, vol. 54, pp. 898-910, 2011.
و ... (Nd0.9La0.1)1.95Sr0.05Ni075Cu0.25O4-d 12 سنتز و بررسی خواص الکتروشیمیایی ترکیبات
.

_||_