Nanostructured YSZ thin films for solid oxide fuel cells deposited by ultrasonic spray pyrolysis

García-Sánchez, M.F.; Peña, J.Á.; Ortíz, A.; Santana, G.; Fandiño, J.; Bizarro, Monserrat; Cruz-Gandarilla, F.; Alonso, Juan Carlos

doi:10.1016/j.ssi.2008.01.088

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“…7 displays another potential advantage of ionized PVD electrolyte fabrication. Nano-crystalline YSZ has been observed to have increased ionic conductivity via increase grain boundary area as compared with bulk YSZ [20,21]. The stability of this nano-cystalline structure during thermal cycling to 1100°C in air provides encouraging evidence for its durable application as an SOFC electrolyte.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Thin film YSZ coatings on functionally graded freeze cast NiO/YSZ SOFC anode supports

et al. 2008

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Intermediate temperature (600-800°C) solid oxide fuel cell (SOFC) technology is often limited by inadequate gas transport in electrodes, and high ion transport resistance electrolytes. In this study, large area filtered arc deposition (LAFAD) and hybrid filtered arc-assisted e-beam physical vapor deposition (FA-EBPVD) technologies, in combination with freeze-tape-casting, were used to fabricate SOFC anode/electrolyte bi-layers with functionally graded porous anode microstructures and thin film electrolytes favorable for both gas transport and low resistance. Traditionally-processed NiO/YSZ in addition to freeze-tape-cast NiO/YSZ anode substrates were fabricated and subsequently coated with thin film (\1-20 lm) YSZ via LAFAD and FA-EBPVD. LAFAD was found to be effective in applying thin (*1 lm) dense YSZ films on porous substrates at *400°C. FA-EBPVD produced relatively thick (*10-20 lm) dense YSZ coatings on porous substrates, with columnar morphology and nano-metrical grain size. A *10 lm FA-EBPVD YSZ coating was observed to bridge NiO/YSZ surface pores of *10 lm, which typically requires pre-filling prior to conventional thin film coating processes. Coated substrates exhibited negligible curvature, yielding flat anode/electrode bi-layers up to 2.5 cm in diameter. These results are presented with conderations for future SOFC development discussed.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Thin film YSZ coatings on functionally graded freeze cast NiO/YSZ SOFC anode supports

et al. 2008

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“…The success of this process was established with the achievement of 1.0 V OCV at 650°C [31]. Numerous significant progresses across the globe are discussed in various articles [3,[32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46].…”

Section: Discovery and Progress Of Csdmentioning

confidence: 99%

Chemical Solution Deposition Technique of Thin-Film Ceramic Electrolytes for Solid Oxide Fuel Cells

Biswas¹,

Su²

2017

Modern Technologies for Creating the Thin-Film Systems and Coatings

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Chemical solution deposition (CSD) technique is recently gaining momentum for the fabrication of electrolyte materials for solid oxide fuel cells (SOFCs) due to its costeffectiveness, high yield, and simplicity of the process requirements. The advanced vacuum deposition techniques such as sputtering, atomic layer deposition (ALD), pulsed laser deposition (PLD), metallo-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are lacking in scalability and cost-effectiveness. CSD technique includes a variety of approaches such as sol-gel process, chelate process, and metallo-organic decomposition. The present chapter discusses briefly about the evolution of CSD method and its subsequent entry to the field of SOFCs, various solution methods associated with different chemical compositions, film deposition techniques, chemical reactions, heat treatment strategies, nucleation and growth kinetics, associated defects, etc. Examples are cited to bring out the history dating back to the discovery of amorphous zirconia film through the successful fabrication of the crystalline fluorite-type films such as yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-doped ceria (SDC), and crystalline perovskitetype films such as yttria-doped barium zirconate (BZY) and yttria-doped barium cerate (BCY), to name a few.

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“…Estes resultados têm grande importância, pois indicam que se obteve um filme denso, aparentemente sem trincas, com baixa rugosidade e com tamanhos de grãos distribuídos. Outra informação que apresenta elevada importância é o tamanho nanométrico do grão, pois diversos autores [22][23][24][25] têm citado a influência do tamanho do grão na condutividade elétrica de filmes de eletrólitos de YSZ, tendo a condutividade um aumento inversamente proporcional ao tamanho do grão. Foi mostrado que ocorre mudança de inflexão da curva de Ahrrenius da condutividade elétrica de filmes de zircônia dopada com céria quando eles possuem tamanho de grão em escala nanométrica, o que resulta também na alteração da energia de ativação e na facilidade de transporte de íons oxigênio [24,25].…”

Section: Planejamento Estatístico De Experimentos E Modelagem Linearunclassified

A Influência dos parâmetros de deposição na morfologia dos eletrólitos para células a combustível de óxido sólido, à base de filmes de zircônia: 8 mol% ítria depositados por spray pirólise

Rodrigues

Toniato²,

Souza

et al. 2013

Cerâmica

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INTRODUÇÃOAs células a combustível de óxido sólido (SOFCs) são estruturas multicamadas de materiais cerâmicos, que utilizam a combinação química entre oxigênio e um combustível para gerar energia elétrica. Trata-se de uma tecnologia eficiente e de concepção ambiental, com emissões desprezíveis quando comparada a outros processos de combustão [1-5]. ResumoForam produzidos filmes de zircônia estabilizada com 8 mol% de itria (8YSZ) por spray pirólise, que podem ser aplicados como eletrólitos de células a combustível de óxido sólido. A técnica de spray pirólise tem como vantagens ser de simples manuseio, baixo custo de operação, versátil e eficiente na obtenção dos filmes cerâmicos. Entretanto, como desvantagens principais encontram-se a grande quantidade de fatores que interferem na qualidade e a reprodutibilidade. Visando estabelecer a influência destes parâmetros na morfologia dos filmes, utilizou-se a técnica de planejamento de experimentos, com três parâmetros determinados com principais: temperatura de deposição (T), fluxo da solução (F) e tempo de deposição (t). A morfologia dos filmes foi analisada por microscopia ótica com aumentos de 400x em campo claro e escuro, avaliando a presença de trincas, poros, partículas salinas e rugosidade. Para a execução das análises empregou-se o software ImageJ, que possibilitou a quantificação da influência dos parâmetros de deposição na morfologia. Realizou-se a modelagem dos resultados obtendo-se que os filmes de melhor morfologia, dentro dos parâmetros estudados, seriam produzidos com temperatura de deposição 320 °C, tempo de deposição 32 min e fluxo 1,4 mL/min. O filme de 8YSZ depositado com os parâmetros modelados foi tratado termicamente a 1000 ºC por 300 min com o objetivo de se alcançar a estrutura cristalina cúbica do tipo fluorita. A estrutura do filme foi analisada por difração de raios X, apresentando-se policristalino e com estrutura cúbica de face centrada do tipo fluorita, com orientação preferencial dos grãos no plano (111). As propriedades morfológicas dos filmes foram analisadas por microscopia de força atômica, indicando ter-se obtido um filme homogêneo, isento de microtrincas e microporos. Palavras-chave:spray pirólise, SOFC, YSZ. Abstract Films of 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) were prepared by spray pyrolysis, which can be used as electrolytes in solid oxide fuel cells. The spray pyrolysis technique has advantages such as simple handling, low cost of operation, versatile and effective in getting ceramic films. However, the major disadvantages are several parameters that can affect quality and reproducibility of the deposited films. Therefore, in order to establish the influence of the deposition parameters on the morphology of the films, the technique of factorial design of experiments was used with the determination of three parameters: deposition temperature (T), solution flow (F) and deposition time (t).

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Nanostructured YSZ thin films for solid oxide fuel cells deposited by ultrasonic spray pyrolysis

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Thin film YSZ coatings on functionally graded freeze cast NiO/YSZ SOFC anode supports

Thin film YSZ coatings on functionally graded freeze cast NiO/YSZ SOFC anode supports

Chemical Solution Deposition Technique of Thin-Film Ceramic Electrolytes for Solid Oxide Fuel Cells

A Influência dos parâmetros de deposição na morfologia dos eletrólitos para células a combustível de óxido sólido, à base de filmes de zircônia: 8 mol% ítria depositados por spray pirólise

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