Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 67, Issue: 1, 2015
  • pp: 27-36

download: article (PL)

Tetragonal zirconia in the 3Y-TZP/Al2O3 system as a solid electrolyte for intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC)

Abstract (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.

Keywords (EN): IT-SOFC, 3-YSZ, TZP, Solid electrolyte, Electrochemical Impedance Spectroscopy

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.

Abstract (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.

Keywords (PL): IT-SOFC, 3-YSZ, TZP, elektrolit stały, elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna

return…