Fabrication, microstructure and properties of a YSZ electrolyte for SOFCs

Han, Minfang; Tang, Xiuling; Yin, Hui-Yan; Peng, Suping

doi:10.1016/j.jpowsour.2006.11.054

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“…A caracterização elé-trica de materiais cerâmicos tem recebido particular atenção neste contexto, pois alguns materiais exibem acentuada condução iônica em temperaturas intermediaria (entre 500 e 700 ºC). [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10] A caracterização de cerâmicas condutoras e a avaliação do efeito de aditivos e dopantes em temperaturas intermediárias é fundamental para o entendimento do funcionamento e otimização do emprego destes materiais. [2][3][4] Os porta-amostra convencionalmente usados para a caracterização de amostras de cerâmicas condutoras em altas temperaturas consistem em suportes de alumina e eletrodos e fios de platina que, embora sejam eficazes, são de alto custo e montagem relativamente complexa 6,9,10 o que torna o seu uso proibitivo para grupos emergentes e usuários eventuais.…”

Section: Introductionunclassified

Desenvolvimento e avaliação de um porta-amostra de baixo custo para caracterização elétrica de materiais cerâmicos

Lima¹,

Nóbrega²,

Vasconcelos³

et al. 2010

Quím. Nova

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Recebido em 15/8/09; aceito em 13/12/09; publicado na web em 3/5/10 DEVELOPMENT AND EVALUATION OF A LOW COST SAMPLE HOLDER FOR ELECTICAL CHARACTERIZATION OF CERAMICS. Conventional sample holder cells used to the electric characterization of ceramics at high temperature consists of an alumina tube and platinum wires and plates using a complex design. The high cost materials used in the conventional sampler holder cell were replaced by stainless steel and conventional ceramics. The sample holder was validated by characterizing yttria-stabilizedzirconia in a temperature range of 25 to 700 o C. The results do not present variations, discontinuity or unusual noise in the electric signals. Several samples were characterized without maintenance, which demonstrates that the sample holder is electric and mechanic adequate to be used to electrical characterization of ceramics up to 700 o C.Keywords: sample holder; solid oxide fuel cell; impedance spectroscopy. INTRODUÇÃOAtualmente várias pesquisas na área de pilha a combustível de eletrólito sólido vêm sendo realizadas visando reduzir a temperatura de operação e aumentar a vida útil das pilhas. A caracterização elé-trica de materiais cerâmicos tem recebido particular atenção neste contexto, pois alguns materiais exibem acentuada condução iônica em temperaturas intermediaria (entre 500 e 700 ºC).1-10 A caracterização de cerâmicas condutoras e a avaliação do efeito de aditivos e dopantes em temperaturas intermediárias é fundamental para o entendimento do funcionamento e otimização do emprego destes materiais. 2-4Os porta-amostra convencionalmente usados para a caracterização de amostras de cerâmicas condutoras em altas temperaturas consistem em suportes de alumina e eletrodos e fios de platina que, embora sejam eficazes, são de alto custo e montagem relativamente complexa 6, 9,10 o que torna o seu uso proibitivo para grupos emergentes e usuários eventuais.Neste trabalho, foi desenvolvido um porta-amostra que permite introduzir discos de materiais cerâmicos no interior de fornos, visando a realização de medidas elétricas. Para isto houve substituição de materiais de custo elevado, como platina e alumina, por materiais convencionais, especificamente aços inoxidáveis e cerâmicas convencionais, assim como o uso de uma configuração de montagem simples, o que facilita a manutenção do aparato. O porta-amostra desenvolvido tem como funcionalidade suportar de forma fixa e segura amostras de cerâmica na forma de pastilhas circulares, com diâmetro de até 20 mm, que são conectadas eletricamente com fontes de excitação que também funcionam como medidores de tensão e de corrente. Um aspecto importante no desenvolvimento deste componente de instrumentação foi assegurar baixo custo e simplicidade nos materiais empregados em sua construção, o que facilita tanto a sua fabricação quanto a sua manutenção. Na validação do porta-amostra foram caracterizadas amostras de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) para temperaturas de até 700 o C usando fonte de corrente-tensão continua e posteriormente...

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Section: Introductionunclassified

Desenvolvimento e avaliação de um porta-amostra de baixo custo para caracterização elétrica de materiais cerâmicos

Lima¹,

Nóbrega²,

Vasconcelos³

et al. 2010

Quím. Nova

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“…2 YSZ electrolytes are conventionally synthesized by a high-temperature sintering process that requires temperatures above 1300°C. 3,4 Such high-temperature sintering not only prevents the use of less heat-resistant materials but also leads to an energy-inefficient production process. Considering that SOFCs usually operate at 700°C, 800°C would be an ideal sintering temperature for YSZ.…”

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confidence: 99%

Low-temperature Sintering of Yttria-stabilized Zirconia Using Bismuth–Vanadium Oxide as a Sintering Aid at 800 °C

2014

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The effect of the addition of copper-doped bismuth vanadium oxide to yttria-stabilized zirconia (YSZ) on the sinterability and electrical conductivity, especially in reducing atmospheres, has been investigated. When Bi 2 Cu 0.1 V 0.9 O 5.35 was used as a sintering aid, the sintering temperature could be reduced to 800°C, whereas the conventional sintering process requires temperatures above 1300°C. Although the conductivity of YSZ with 1.5 mol % Bi 2 Cu 0.1 V 0.9 O 5.35 was slightly lower than that of pure YSZ sintered at 1300°C, no P O2 dependence was observed under reducing conditions (e.g., P O2 = 10 ¹5 10¹24 atm), which indicates that the electrolyte is applicable to solid-oxide fuel cells.Solid-oxide fuel cells (SOFCs) have been receiving increasing attention as environmentally friendly energy sources.1 These devices are constructed from a dense zirconia-based electrolyte with two electrodes, where yttria-stabilized zirconia (YSZ) is the most widely used electrolyte.2 YSZ electrolytes are conventionally synthesized by a high-temperature sintering process that requires temperatures above 1300°C.3,4 Such high-temperature sintering not only prevents the use of less heat-resistant materials but also leads to an energy-inefficient production process. Considering that SOFCs usually operate at 700°C, 800°C would be an ideal sintering temperature for YSZ. The sintering temperature of YSZ is generally reduced by using sintering aids. Zinc oxide, 5 calcium oxide, 6 copper oxide, 7 and alumina 8 are known as effective sintering aids; however, their effect is limited to about 100200°C. 9 The addition of bismuth oxide improves the sinterability of YSZ 10 and decreases the sintering temperature to 900°C.11 Unfortunately, the reduction of bismuth oxide to bismuth metal in reducing atmospheres leads to the deposition of bismuth on the surface, which degrades the ionic conductivity 2,12 and causes the electrolyte to become completely dysfunctional. Abraham et al. have reported that bismuth vanadium oxide, Bi 4 V 2 O 11 , shows a high oxide ionic conductivity. 13 In particular, the conductivity of Bi 2 Cu 0.1 V 0.9 O 5.35 (BCV) is ca. 0.12 S cm ¹1 at 600°C. 14 Thus, because of its high ionic conductivity and low melting point, the use of this material as a sintering aid would be expected to lower the sintering temperature of YSZ without any metallic bismuth deposition.In this letter, we report the sinterability of a YSZBCV composite powder and its electrochemical properties; in particular, its conductivity under reducing conditions. The results obtained for this YSZBCV composite are compared with those for conventional YSZ sintered at 1300°C for 10 h. The optimization of the BCV-to-YSZ ratio and the application of BCV to other oxide-ion conducting materials, e.g., Ce 0.8 Gd 0.2 O 0.9 , BaZr 0.8 -Y 0.2 O 2.9 , and BaCe 0.8 Y 0.2 O 2.9 , are among our future goals.The YSZBCV composite samples were prepared as follows. Partially stabilized zirconia with 8 mol % yttria (Tosoh, TZ-8Y, crystallite size: 25 nm) was used as-purchase...

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“…Com relação ao eletrólito das células a combustível de óxido sólido deve apresentar as seguintes características (3,30,35,37) :…”

Section: Configuração Planarunclassified

“…A espessura do eletrólito deve ser a mais fina possível, para reduzir a polarização por queda ôhmica e conseqüentemente maior será a condutividade iônica (21,37) . A zircônia estabilizada com 8 a 8,5 %mol de ítria apresenta um valor máximo de condutividade iônica de 0,18 S.cm -1 a 1000 °C e 0,052 S.cm-1 a 800 °C (39) .…”

Section: Configuração Planarunclassified

Síntese, processamento e caracterização das meia-células de óxido sólido catodo/eletrólito de manganito de lantânio dopado com estrôncio/zircônia estabilizada com ítria

Chiba¹

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Fabrication, microstructure and properties of a YSZ electrolyte for SOFCs

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Desenvolvimento e avaliação de um porta-amostra de baixo custo para caracterização elétrica de materiais cerâmicos

Desenvolvimento e avaliação de um porta-amostra de baixo custo para caracterização elétrica de materiais cerâmicos

Low-temperature Sintering of Yttria-stabilized Zirconia Using Bismuth–Vanadium Oxide as a Sintering Aid at 800 °C

Síntese, processamento e caracterização das meia-células de óxido sólido catodo/eletrólito de manganito de lantânio dopado com estrôncio/zircônia estabilizada com ítria

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