MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 3, (2014),

Transkrypt

1 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 3, (2014), Reaktywno chemiczna kompozytowego elektrolitu sta ego 3Y-TZP/Al 2 O 3 z materia em katodowym LSCF48 w kontek cie mo liwo ci ich wykorzystania do ogniw paliwowych IT-SOFC KATARZYNA OBAL*, TOMASZ BRYLEWSKI*, ANNA ADAMCZYK, ANDRZEJ KRUK, ZBIGNIEW P DZICH, MIECZYS AW R KAS AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica, Wydzia In ynierii Materia owej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, Kraków * obal@agh.edu.pl, **brylew@agh.edu.pl Streszczenie Niniejsza praca dotyczy oceny stabilno ci chemicznej kompozytowego elektrolitu o osnowie z cz ciowo stabilizowanego dwutlenku cyrkonu i wtr ceniami tlenku glinu (3Y-TZP/Al 2 O 3 ) w stosunku do elektrody La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O 3 (LSCF48). Analiza fazowa mieszaniny 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 zestawionej w proporcji wagowej 1:1 i poddanej wygrzewaniu w 1073 K nie wykaza a obecno ci innych faz ni wyj ciowe. Wzrost temperatury wygrzewania do 1273 K spowodowa powstawanie nowych faz krystalicznych, g ównie SrZrO 3 i CoFe 2 O 4. Wyniki tych bada wskazuj na potencjalne mo liwo ci zastosowania elektrolitu 3Y-TZP/Al 2 O 3 do redniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC ze wzgl du na kompatybilno chemiczn z katod LSCF48 w temperaturze przewidywanej eksploatacji ogniwa (1073 K). Ze wzgl du na zachodz ce zmiany strukturalne w mieszaninie poddanej wygrzewaniu w 1273 K, z cze elektrolit-katoda nie mo e by wystawione na dzia anie tej temperatury przez d u szy okres czasu podczas wytwarzania ogniwa paliwowego. S owa kluczowe: IT-SOFC, elektrolit, katoda, stabilno chemiczna CHEMICAL REACTIVITY OF THE 3Y-TZP/Al 2 O 3 COMPOSITE ELECTROLYTE WITH THE LSCF48 CATHODE MATERIAL FOR IT-SOFC APPLICATIONS The paper presents the evaluation of chemical stability of composite electrolyte with the partially stabilized zirconia matrix and aluminium oxide inclusions (3Y-TZP/Al 2 O 3 ) in relation to the La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 (LSCF48) electrode. Phase analysis of the 3Y-TZP/Al 2 O 3 -L- SCF48 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 SrZrO 3 and CoFe 2 O 4. These studies indicate the potential for the application of 3Y-TZP/Al 2 O 3 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. Keywords: IT-SOFC, Electrolyte, Cathode, Chemical stability. 1. Wprowadzenie Ogniwa paliwowe nale do proekologicznych urz dze s u cych do otrzymania energii elektrycznej bezpo rednio z energii chemicznej zmagazynowanej w paliwie gazowym. Wysok sprawno, si gaj c 80%, ogniwa te osi gaj dzi ki pomini ciu przej ciowych etapów przemian: energia chemiczna paliwa-ciep o spalania paliwa-energia mechaniczna-energia elektryczna. Atutami przemawiaj cym za ogniwami paliwowymi s tak e ich cicha praca, ograniczona emisja CO 2 i NO x oraz mo liwo magazynowania nadmiaru energii elektrycznej w postaci energii chemicznej. Du e szanse na upowszechnienie maj redniotemperaturowe ogniwa paliwowe z elektrolitem sta ym typu IT-SOFC (ang. intermediate temperature solid oxide fuel cell) w uk adzie planarnym mog ce pracowa z du wydajno ci w temperaturach K. W zakresie takich temperatur zamiast ca kowicie stabilizowanego dwutlenku cyrkonu C-YSZ (ang. cubic yttrium stabilized zirconia) mo e by zastosowany kompozyt ziarnisty z osnow z cz ciowo stabilizowanego (3% mol. Y 2 O 3 ) dwutlenku cyrkonu o strukturze tetragonalnej 3Y-TZP (ang. tetragonal zirconia polycrystals) i wtr ceniami tlenku glinu (3Y-TZP/Al 2 O 3 ). Przes ank do zastosowania tego kompozytu w charakterze elektrolitu jest ni sza energia aktywacji przewodnictwa elektrycznego, a co za tym idzie wy sze przewodnictwo elektryczne w porównaniu 212

2 REAKTYWNO CHEMICZNA KOMPOZYTOWEGO ELEKTROLITU STA EGO 3Y-TZP/Al 2 O 3 Z MATERIA EM KATODOWYM LSCF48 W KONTEK CIE... z ca kowicie stabilizowanym dwutlenkiem cyrkonu o strukturze regularnej w temperaturach poni ej 1073 K [1] oraz znacznie lepsza wytrzyma o mechaniczna i odporno na wstrz sy cieplne tego kompozytu w stosunku do C-YSZ, co jest niezmiernie wa ne w przypadku ogniwa utworzonego na suporcie anodowym. Jednym z podstawowych wymogów stawianych materia- om na sta otlenkowe elektrolity do ogniw paliwowych SOFC jest ich kompatybilno chemiczna z elektrodami w temperaturach zarówno eksploatacji, jak i wytwarzania ogniw. Z literatury przedmiotu mo na wnioskowa o istotnych problemach zwi zanych z niestabilno ci chemiczn elektrolitów na bazie C-YSZ w kontakcie z tradycyjnie wykorzystywanymi w ogniwach materia ami katodowymi (La,Sr)MnO 3 (LSM). Wg. autorów prac [2, 3] w temperaturach powy ej 1473 K materia C-YSZ reaguje z LSM, tworz c nowe fazy La 2 Zr 2 O 7 (LZ) i/lub SrZrO 3 (SZ) w zale no ci od zawarto ci strontu w materiale katodowym. Mitsuyasu i in. [4] analizowali, przy u yciu wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej, granic mi dzyfazow z cza elektrolit-katoda po obróbce termicznej w 1773 K w uk adzie C-YSZ-La 0,6 Sr 0,4 MnO 3. Badania te wykaza y obecno produktów LZ i SZ w postaci wydziele zarówno amor cznych od strony elektrolitu C-YSZ jak i drobnokrystalicznych przy materiale LSM. Przewodnictwo jonowe faz LZ i SZ w temperaturze 1273 K jest o kilka rz dów wielko ci ni sze w porównaniu do C-YSZ [5]. Zatem, tworzenie si w/w faz w temperaturach zarówno eksploatacji, jak i wytwarzania ogniw mo e prowadzi do utworzenia izolacyjnej warstwy utrudniaj cej migracj jonów tlenowych wzd u granic mi dzyziarnowych uk adu elektrolit-katoda. W nast pstwie tych efektów, zachodz zmiany w sk adzie chemicznym zarówno materia u elektrolitu, jak i katody prowadz ce do obni enia ich sprawno ci elektrochemicznych, co oznacza zarazem skrócenie czasu eksploatacji ogniwa SOFC. W zwi zku z powy szym dla zapewnienia odpowiedniej sprawno ci sta otlenkowego ogniwa paliwowego IT-SOFC przez d ugi okres eksploatacji konieczne jest sprawdzenie nowej generacji materia ów elektrolitowych pod k tem ich stabilno ci chemicznej i wytrzyma o ci mechanicznej w stosunku do materia ów elektrodowych. Przedmiotem niniejszej pracy jest analiza stabilno ci chemicznej elektrolitu w postaci kompozytu 3Y-TZP/Al 2 O 3 w stosunku do elektrody La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O 3 (LSCF48), typowego materia u katodowego przeznaczonego do konstrukcji redniotemperaturowych ogniw paliwowych IT-SOFC. 2. Eksperyment Proszki roztworu sta ego Y 2 O 3 -ZrO 2 zawieraj cego 3% mol. Y 2 O 3 o strukturze tetragonalnej (3-YSZ) otrzymano metod wspó str cania osadu sk adaj cego si z uwodnionego tlenku cyrkonu i wodorotlenku itru [6]. Produkt wspó str cania wypra ono w temperaturze 1073 K przez 2 godz. w powietrzu, a nast pnie poddano mieleniu w m ynie mieszad owym przez 8 godz. Otrzymany proszek 3-YSZ poddawano impregnacji roztworem azotanu glinu o odpowiednim st eniu, a nast pnie obróbce termicznej w temperaturze 1073 K przez 2 godz. w powietrzu, uzyskuj c mieszanin zawieraj c 0,5% mol. Al 2 O 3 w stosunku do 3-YSZ. W charakterze materia u katodowego zastosowano komercyjny proszek LSCF48 produkcji Marion Technology-Toulouse (Francja) [7]. Do bada stabilno ci chemicznej wytypowano mieszanin zawieraj c proszki elektrolitu i elektrody w proporcji wagowej 1:1, któr otrzymano przez mielenie sk adników w m ynku przez 0,5 godz. w rodowisku propanolu. Po wysuszeniu tego proszku w temperaturze pokojowej formowano wypraski, stosuj c prasowanie jednoosiowe pod ci nieniem 100 MPa. W nast pnym etapie wypraski poddawano wygrzewaniu przez 5 i 100 godz. w powietrzu w temperaturze 1073 K i 1273 K. W analogiczny sposób przygotowywano osobne spieki z wyj ciowych sk adników mieszaniny jako próbki odniesienia, pozwalaj ce wyeliminowa zmiany strukturalne wynikaj ce wy cznie z obróbki termicznej. Sk ad fazowy oraz parametry sieciowe próbek badano metod dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD) przy pomocy dyfraktometru rentgenowskiego X Pert Pro rmy Panalytical, stosuj c promieniowanie monochromatyczne CuK. Jako ciowy sk ad fazowy otrzymanych materia ów okre lono na podstawie porównania otrzymanych dyfraktogramów z danymi zawartymi w bazie ICSD. Ilo ci poszczególnych faz i ich parametry sieciowe wyznaczono metod Rietvelda, korzystaj c z programu HighScore Plus. Obserwacje morfologiczne proszków i prze amów spieków wraz z analiz sk adu chemicznego w mikroobszarach przeprowadzono metod skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) za pomoc urz dzenia FEI Nova NanoSEM 200 wraz z analizatorem dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego (EDS) typu EDAX. 3. Wyniki i dyskusja Na Rys. 1 przedstawiono mikrofotogra e SEM wyj ciowych proszków elektrolitu 3Y-TZP/Al 2 O 3 (Rys. 1a) i katody LSCF48 (Rys. 1b) oraz mieszaniny przygotowanej z tych materia ów w proporcji wagowej 1:1 (Rys. 1c) uzupe nione o widma analiz punktowych EDS z obszarów oznaczonych symbolem 1 i 2 na Rys. 1c. Na podstawie tych obserwacji stwierdzono, e proszek 3-YSZ/Al 2 O 3 charakteryzuje si wyst powaniem du ych nieregularnych aglomeratów o wymiarach od oko o 1 m do oko o 5 m, które nie uleg y rozbiciu w trakcie mielenia (Rys. 1a). Nieco inn morfologi proszku stwierdzono w przypadku preparatu o sk adzie La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O 3 (LSCF48), jak to pokazano na Rys. 1b. Aglomeraty tego proszku sk adaj si z owalnych agregatów o rednicy od oko o 0,2 m do oko o 0,8 m. Uzyskana po procesie mielenia mieszanina wyj ciowych proszków elektrolitu i katody o sk adzie 1:1 nie jest w pe ni jednorodna, gdy widoczne s du e ziarna powsta e z niedomielonych agregatów 3-YSZ/Al 2 O 3. Na istnienie tych ziaren wskazuj wyniki analiz punkowych EDS (obszar 1 na Rys. 1c), za w ich otoczeniu obserwuje si jednorodn mieszanin proszków, sk adaj cych si z elektrolitu 3-YSZ/Al 2 O 3 i katody LSCF48 (obszar 2 na Rys. 1c). W celu oceny zasi gu chemicznego oddzia ywania z cza elektrolit-katoda w spiekach mieszaniny proszków 3Y-TZP/ Al 2 O 3 i LSCF48 poddanych wygrzewaniu w ró nych warunkach przeprowadzono obserwacje morfologiczne i analizy MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 3, (2014) 213

3 K. OBAL, T. BRYLEWSKI, A. ADAMCZYK, A. KRUK, Z. P DZICH, M. R KAS a) b) c) Rys. 1. Mikrofotogra e SEM wyj ciowych proszków: a) elektrolitu 3-YSZ/Al 2 O 3, b) katody LSCF48, c) mieszaniny przygotowanej z tych materia ów oraz widma punktowych analiz EDS z obszarów oznaczonych symbolami 1 i 2 na Rys. 1c. Fig. 1. SEM microphotographs of the starting powders of : a) 3-YSZ/Al 2 O 3 electrolyte, b) LSCF48 cathode, c) mixture prepared from the electrolyte and cathode powders, and d) spectra of the EDS point analysis for regions designated as 1 and 2 in Fig. 1c. sk adu chemicznego metod SEM w po czeniu z analiz EDS. Na Rys. 2 przedstawiono mikrofotogra e SEM powierzchni zg adów spieków uk adu 3Y-TZP/Al 2 O 3 /LSCF48 uzyskanych po wygrzewaniu w powietrzu przez 100 godz. w temperaturze 1073 K (Rys. 2a) i 1273 K (Rys. 2b) oraz widma punktowych analiz EDS z obszarów oznaczonych symbolami 1 i 2 na Rys. 2a i 2b. Obserwacje powierzchni spieków 3Y-TZP/Al 2 O 3 /LSCF48, uzyskanych po wygrzewaniu w 1073 K przez 100 godz., ujawni y obecno du- ych ziaren 3Y-TZP/Al 2 O 3 charakteryzuj cych si wysokim stopniem zag szczenia o rozmiarach w zakresie od 5 m do 20 m. Analiza punktowa EDS tych ziaren (obszar 1 na Rys. 2a) wskazuje na sk ad chemiczny odpowiadaj cy roztworowi sta emu Y 2 O 3 -ZrO 2 o strukturze tetragonalnej. W otoczeniu wspomnianych ziaren wyst puje jednorodna mieszanina sk adaj ca si z elektrolitu 3Y-TZP/Al 2 O 3 i katody La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O 3, na co wskazuj wyniki analiz sk adu chemicznego z tych obszarów metod analizy punktowej EDS (obszar 2 na Rys. 2a). Porównawcza pó ilo ciowa analiza punktowa EDS z wybranych obszarów mieszaniny elektrolitu i katody, zarówno w proszku wyj ciowym (Rys. 1c) jak i spieku (Rys. 2a), wskazuje na brak wi kszych zmian w sk adzie chemicznym. wiadczy to o braku widocznych objawów reakcji pomi dzy sk adnikami mieszaniny. Potwierdzeniem tego wniosku s wyniki analiz rentgenogra cznych przedstawione w dalszym tek cie. Odmienna sytuacja wyst puje w przypadku spieków uk adu 3Y-TZP/Al 2 O 3 /LSCF48 uzyskanych po wygrzewaniu w 1273 K przez 5 i 100 godz. w powietrzu. W obu przypadkach stwierdzono istotne zmiany zarówno w morfologii, jak i w sk adzie chemicznym. Na Rys. 2b przedstawiono dla przyk adu morfologi powierzchni spieku z w/w uk adu uzyskanego po wygrzewaniu w 1273 K przez 100 godz. oraz widma EDS punktowych analiz z obszarów oznaczonych symbolami 1 i 2 na Rys. 2b. Widoczne s obszary o nieregularnych kszta tach (obszar 1 na Rys. 2b), b d ce wynikiem cz ciowego przereagowania ziaren elektrolitu z otaczaj cym je materia em LSCF48. Widmo analizy punktowej EDS z obszaru 2 na Rys. 2b wskazuje na istotne zmiany w sk adzie chemicznym w porównaniu do analogicznego obszaru mieszaniny w spieku poddanym wygrzewaniu w 1073 K przez 100 godz. (Rys. 2a). Na podstawie tych wyników mo na wnioskowa o zaj ciu reakcji chemicznej pomi dzy sk adnikami mieszaniny w wysokich temperaturach, które odpowiadaj temperaturze wytwarzania ogniwa (1273 K). Potwierdzaj to tak e wyniki bada sk adu fazowego tych próbek metod dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Analiza fazowa mieszaniny 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48, poddanej obróbce termicznej w 1273 K przez 100 godz., wykaza a powstawanie nowych faz krystalicznych w postaci SrZrO 3, CoFe 2 O 4 i SrO, natomiast po wygrzewaniu przez 5 godz. w tej samej temperaturze stwierdzono w mieszaninie obecno dwóch pierwszych faz. Z kolei dyfraktogramy uzyskane z mieszaniny wygrzewanej w 1073 K przez 5 i 100 godz. sk adaj si wy cznie z re eksów pochodz cych od wyj ciowych sk adników. Istnieje przypuszczenie, e elektrolit 3Y-TZP w mieszaninie 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 wywiera 214 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 3, (2014)

4 REAKTYWNO CHEMICZNA KOMPOZYTOWEGO ELEKTROLITU STA EGO 3Y-TZP/Al 2 O 3 Z MATERIA EM KATODOWYM LSCF48 W KONTEK CIE... a) b) Rys. 2. Mikrofotogra e SEM powierzchni spieków uk adu 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 po wygrzewaniu w powietrzu przez 100 godz. w temperaturze: a) 1073 K i b) 1273 K oraz widma odpowiednich punktowych analiz EDS z obszarów oznaczonych symbolami 1 i 2. Fig. 2. SEM microphotographs of the surface of sintered bodies in the 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 system annealed in air for 100 hrs at temperatures of: a) 1073 K and b) 1273 K, and appropriate spectra of the EDS point analysis for regions designated as 1 and 2. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 3, (2014) 215

5 K. OBAL, T. BRYLEWSKI, A. ADAMCZYK, A. KRUK, Z. P DZICH, M. R KAS Rys. 3. Dyfraktogramy rentgenowskie spieków 3Y-TZP/Al 2 O 3, LSCF48 i uk adu 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 po wygrzewaniu w 1273 K przez 100 godz. w powietrzu. Fig. 3. X-ray diffraction patterns of sintered bodies of 3Y-TZP/ Al 2 O 3, LSCF48 and the 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 system annealed for 100 hrs in air at 1273 K. Rys. 4. Dyfraktogramy rentgenowskie spieków 3Y-TZP/Al 2 O 3, LSCF48 i uk adu 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 po wygrzewaniu w 1073 K przez 100 godz. w powietrzu. Fig. 4. X-ray diffraction patterns of sintered bodies of 3Y-TZP/ Al 2 O 3, LSCF48 and the 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 system annealed for 100 hrs in air at 1073 K. katalityczny wp yw na wytr cenie fazy CoFe 2 O 4 w temperaturze 1273 K. Na Rys. 3 zestawiono, dla przyk adu, dyfraktogramy materia u elektrolitowego 3-YSZ/Al 2 O 3, materia u katodowego La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O 3 (LSCF48) oraz ich mieszaniny wygrzewanej w temperaturze 1273 K przez 100 godz., natomiast Rys. 4 przedstawia analogiczne dyfraktogramy w/w materia ów poddanych wygrzewaniu w 1073 K przez 100 godz. W Tabeli 1 zestawiono wyniki wzgl dnego udzia u masowego produktów powsta ych w wyniku reakcji oddzia ywania materia u elektrolitowego z katod w temperaturze 1273 K przez 5 i 100 godz. w powietrzu. Z danych tych mo na wyci gn praktyczny wniosek, e z cze elektrolit-katoda nie mo e by wystawione na dzia anie tej temperatury przez Tabela 1. Zestawienie wzgl dnych udzia ów masowych nowych faz powsta ych po wygrzewaniu mieszaniny uk adu 3Y-TZP/Al 2 O 3 - LSCF48 w 1273 K przez 5 i 100 godz. Table 1. Summary of relative mass fractions of new phases formed after annealing the mixture 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 at 1273 K for 5 h and 100 h. Udzia masowy fazy [%] Czas wygrzewania [godz.] SrZrO 3 CoFe 2 O 4 SrO 5 18,2 2, ,2 1,0 6,8 d u szy okres czasu podczas konstruowania ogniwa paliwowego IT-SOFC. Pomimo braku tworzenia si nowych faz krystalicznych w spiekach uk adu 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 po procesie wygrzewania w temperaturze 1073 K przez 5 i 100 godz., nale a o sprawdzi, czy w trakcie obróbki termicznej zachodzi proces wymiany kationów pomi dzy elektrolitem a materia em katodowym. W tym celu na podstawie analizy dyfraktogramów metod Rietvelda wyznaczono warto ci parametrów sieciowych dla obu sk adników: 3Y-TZP/Al 2 O 3 i LSCF48 oraz ich mieszaniny przed i po obróbce termicznej w w/w warunkach. Wyniki tych analiz zestawiono w Tabeli 2. Z uzyskanych danych wynika, e obróbka termiczna mieszaniny 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48 w temperaturze 1073 K prowadzi do niewielkich zmian parametrów sieciowych, zarówno roztworu sta ego dwutlenku cyrkonu jak i fazy perowskitowej, które mo na przypisa zmianom w ich sk adzie chemicznym. Zmiany te mog by spowodowane reakcj chemiczn g ównie pomi dzy roztworem sta ym dwutlenku cyrkonu a LSCF48, w której dochodzi oby do wymiany poszczególnych kationów pomi dzy tymi fazami. Nie mo na równie wykluczy trudnych do jednoznacznego okre lenia zmian zachodz cych w tych materia ach na skutek dzia- ania wysokiej temperatury parametry sieciowe czystych substancji ulegaj niewielkim zmianom po przetrzymaniu ich w 1073 K zarówno przez 5 godz., jak i 100 godz. W ta- Tabela 2. Parametry sieciowe tetragonalnego dwutlenku cyrkonu i LSCF48 oraz ich mieszaniny po wygrzewaniu w 1073 K przez 5 i 100 godz. Table 2. Lattice parameters of tetragonal zirconia and LSCF48 and their mixtures after annealing at 1073 K for 5 h and 100 h. Czas wygrzewania [godz.] Rodzaj próbki Parametry sieciowe 3Y-TZP/Al 2 O 3 LSCF48 a [nm] c [nm] a [nm] c [nm] Pojedyncze substancje 0,36084(9) 0,51738(7) 0,54914(11) 1,3404(15) Mieszanina 0,36094(10) 0,51737(1) 0,54947(33) 1,3391(13) Pojedyncze substancje 0,36124(12) 0,51794(9) 0,54977(12) 1,3422(17) Mieszanina 0,36098(26) 0,51735(6) 0,5497(10) 1,3394(28) 216 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 3, (2014)

6 REAKTYWNO CHEMICZNA KOMPOZYTOWEGO ELEKTROLITU STA EGO 3Y-TZP/Al 2 O 3 Z MATERIA EM KATODOWYM LSCF48 W KONTEK CIE... kim przypadku zmiany sk adu chemicznego obu substancji mog by spowodowane odst pstwem od stechiometrii w podsieci tlenowej. Tym niemniej, bez wzgl du na przyczyn obserwowanych zmian sk adu chemicznego mo na stwierdzi, e zachodz one w niewielkim stopniu i materia elektrodowy 3YSZ/Al 2 O 3 cechuje si wysok stabilno ci chemiczn wzgl dem materia u katodowego o sk adzie La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O Podsumowanie W celu okre lenia stabilno ci chemicznej kompozytowego elektrolitu dyspersyjnego na bazie tetragonalnej odmiany dwutlenku cyrkonu 3Y-TZP/Al 2 O 3 w stosunku do typowego materia u elektrodowego o sk adzie La 0,6 Sr 0,4 Co 0,2 Fe 0,8 O 3 (LSCF48) przeprowadzono badania reaktywno ci chemicznej w temperaturach zarówno eksploatacji (1073 K), jak i wytwarzania ogniw paliwowych typu SOFC (1273 K). Wykazano, e elektrolit w trakcie wygrzewania w temperaturze 1273 K z w/w materia em katodowym tworzy nowe fazy krystaliczne, które mog wp ywa na pogorszenie w a ciwo ci elektrochemicznych z cza elektrolit/katoda. W warunkach przewidywanej p racy ogniwa, tj. w temperaturze 1073 K badany elektrolit wykazuje wysok stabilno chemiczn, wynikaj c z ograniczonej wzajemnej dyfuzji kationów w uk adzie 3Y-TZP/Al 2 O 3 -LSCF48. Podzi kowania Praca zosta a s nansowana w ramach realizacji projektu badawczego NCN nr 2012/05/B/ST8/02723 oraz ze rodków Ma opolskiego Funduszu Stypendialnego dla doktorantów Doctus (K. Obal). Literatura [1] Obal, K., P dzich, Z., Brylewski, T., R kas, M.: Mody cation of yttria-doped tetragonal zirconia polycrystal ceramics, Int. J. Electrochem. Sci., 7, (2012), [2] Stochniol, G., Syskakis, E., Naoumidis, A.: Chemical compatibility between strontium-doped lanthanum manganite and yttria-stabilized zirconia, J. Am. Ceram. Soc., 78, (1995), [3] Wiik, K., Schmidt, C. R., Faaland, S., Shamsili, S., Einarsrud, M., Grande, T.: Reaction between strontium-substituted lanthanum manganite and yttria-stabilized zirconia, J. Am. Ceram. Soc., 82, (1999), [4] Mitsuyasu, H., Eguchi, K., Arai, H.: Microscopic analysis of lanthanum strontium manganite yttria-stabilized zirconia interface, Solid State Ionics, 100, (1997), [5] Poulsen, F. W., van der Puil, N.: Phase relations and conductivity of Sr- and La-zirconates, Solid State Ionics, 53-56, (1992), [6] Drozdz-Ciesla, E., Wyrwa, J., Pyda, W., Rekas, M.: A new method of preparing Ni/YSZ cermet material, J. Mater. Sci., 47, (2012), [7] Thorel, A. S. (Project coordinator): Periodic consortium report Y2 (D1.2), IDEAL-Cell project, (2009). Otrzymano 13 stycznia 2014, zaakceptowano 23 kwietnia 2014 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 66, 3, (2014) 217