Fabrication of porous Ni–YSZ anodes by PSH-PIM

Abstract

This paper has investigated the fabrication process of porous Ni-YSZ anodes by the powder injection molding method, in which a powder space holder (PSH) is used. Polymethyl methacrylate (PMMA) has been used as a PSH for mixing with NiO-YSZ powders. For this study, five kinds of feedstock containing 0%, 10%, 20%, 30%, and 40% PMMA by volume were prepared. The thermoplastic binder used for the process had a fixed 35 vol.%, and the powder loads formed the remaining 65, 55, 45, 35, and 25 vol.% of the feedstock. After molding and debinding, the parts were sintered at 1,500°C. The obtained results showed that increasing the PMMA portion of the feedstock and reducing its powder load causes the viscosity of the feedstock to decrease. The amount of shrinkage of the samples containing 0-30% PMMA showed an almost linear increase with the increase of the PMMA content, and for the samples with 40% PMMA, this increase of shrinkage was higher. The amount of porosity in the samples having 0-30% PMMA increased with the rise in the PMMA content, but in the samples containing 40% PMMA, the amount of porosity decreased, such that it was less than that of the samples with 30% PMMA. The electrical conductivity and flexural strength of all the samples were also studied in this work.

การขึ้นรูปครึ่งเซลล์นิกเกิลออกไซด์-อิตเทรียสเตบิไลซ์เซอร์โคเนียด้วยเทคนิคการฉีดขึ้นรูปวัสดุผงและการตกสะสมอิเล็กโทรโฟรีติกเพื่อการประยุกต์เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง

“…However, the obtained maximum power density was still much lower than the previously reported literature which likely due to the lower fraction of connecting pores in the obtained anode substrates of this study. [2] ดั งแสดงในภาพที ่ 1.1 [2] สมบั ติ ของแผ่ นรองแอโนดที [3] tape casting [4] pressing [5] slip casting [6] [7] , chemical vapor deposition [8] และ physical vapor deposition [9] ซึ ่ งวิ ธี เหล่ านี ้ ใช้ สารตั ้ งต้ นและ อุ ปกรณ์ ที ่ มี ราคาแพง และส่ วนใหญ่ มี อั ตราการเกิ ดฟิ ล์ มต่ า ดั งนั ้ นงานวิ จั ยนี ้ จึ งเลื อกใช้ เทคนิ คการตก สะสมอิ เล็ กโทรโฟรี ติ ก (electrophoretic deposition) ในการขึ ้ นรู ปฟิ ล์ มบางอิ เล็ กโทรไลต์ ชนิ ด YSZ เนื ่ องจากเทคนิ คดั งกล่ าวสามารถขึ ้ นรู ปฟิ ล์ มบางความหนาต่ ากว่ า 5 ไมโครเมตรบนฐานรองได้ ทุ ก รู ปร่ าง อุ ปกรณ์ ไม่ ซั บซ้ อน และต้ นทุ นต่ า [10][11][12] ดั [2] ดั งแสดงในภาพ ที ่ 2.2 ปฏิ กิ ริ ยาเคมี ที ่ ขั ้ วแอโนด : [1,13] ดั งนั ้ นในงานวิ จั ยนี ้ จึ งสนใจใช้ นิ กเกิ ลออกไซด์ ผสมอิ ตเทรี ยสเตบิ ไลซ์ เซอร์ โคเนี ย เป็ นวั สดุ ขึ ้ นรู ปแผ่ นรองแอโนด การขึ ้ นรู ปแผ่ นรองแอโนดมี หลายเทคนิ ค เช่ น extrusion [3] tape casting [4] pressing [5] slip casting [6] Panahi A.K และคณะ [15] ได้ ขึ ้ นรู ปแผ่ นรองแอโนดชนิ ด NiO-YSZ โดยใช้ พาราฟิ นแว็ กซ์ พอ ลิ เอทิ ลี นและกรดสเตี ยริ กเป็ นตั วประสาน แล้ วใช้ ความร้ อนเพี ยงอย่ างเดี ยวในการก าจั ดตั วประสาน ในขณะที ่ Matula G. และคณะ [16] [7] , chemical vapor deposition [8] และ physical vapor deposition [9] ซึ ่ งวิ ธี เหล่ านี ้ ใช้ สารตั ้ งต้ นและ อุ ปกรณ์ ที ่ มี ราคาแพง และส่ วนใหญ่ มี อั ตราการเกิ ดฟิ ล์ มต่ า ดั งนั ้ นงานวิ จั ยนี ้ จึ งสนใจใช้ เทคนิ คการตก สะสมอิ เล็ กโทรโฟรี ติ ก (electrophoretic deposition) ในการขึ ้ นรู ปฟิ ล์ มบางอิ เล็ กโทรไลต์ ชนิ ด YSZ เนื ่ องจากเทคนิ คดั งกล่ าวสามารถขึ ้ นรู ปฟิ ล์ มบางความหนาต่ ากว่ า 5 ไมโครเมตรบนฐานรองได้ ทุ ก รู ปร่ าง อุ ปกรณ์ ไม่ ซั บซ้ อน และต้ นทุ นต่ า [10] [19] แสดงในภาพที ่ 2.4 [19] ภาพที ่ 2.4 ภาพแสดงการขึ ้ นรู ปฟิ ล์ มบางอิ เล็ กโทรไลต์ ด้ วยเทคนิ ค EPD…”