Title:
ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ, ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΥΠΟΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΩΝ ΠΕΡΟΒΣΚΙΤΩΝ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΜΟΡΦΗΣ La0,8Ba0,2CoxMe1-xO3±δ, Μe=Fe,Mn, x=0…1
Abstract:
Στα πλαίσια της αναζήτησης νέων μεθόδων παραγωγής ενέργειας υψηλής απόδοσης και φιλικής προς το περιβάλλον, ένα μεγάλο μέρος των ερευνητικών δραστηριοτήτων σε διεθνή κλίμακα έχει στραφεί στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των κελιών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη, SOFCs (Solid Oxide Fuel Cells). Λόγω της φιλικότητάς τους προς το περιβάλλον, τα SOFCs μπορεί να εισαχθούν για χρήση και σε αστικές περιοχές, όπου παράλληλα με την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι δυνατόν να αξιοποιηθεί και η εκλυόμενη θερμική ενέργεια για θέρμανση χώρων, αυξάνοντας συνολικά το πεδίο χρήσης τους.
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη υλικών με σκοπό την εφαρμογή τους ως ηλεκτρόδια καθόδου σε κελιά καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη μέσων θερμοκρασιών (Intermediate Temperature SOFCs, 650-800 oC). Για το σκοπό αυτό παρασκευάσθηκαν, χαρακτηρίσθηκαν και ελέγχθηκαν οι βασικές ιδιότητες μεικτών κεραμικών οξειδίων επιλεγμένων συνθέσεων και συγκεκριμένα οξειδίων με δομή περοβσκίτη, La0,8Ba0,2CoxMe1-xO3±δ, Me=Mn,Fe και x=0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8. Οι συγκεκριμένες υποκατεστημένες ενώσεις δεν έχουν μελετηθέι, ενώ για τα τα πρώτα και τελευταία μέλη της σειράς (x=0, 1) έχουν πραγματοποιηθεί μελέτες. [1-3]
Η παρασκευή των παραπάνω ενώσεων έγινε με τη μέθοδο των άμορφων κιτρικών συμπλόκων (τροποποιημένη μέθοδος Pechini) [4][4]. Ακολούθησε έψηση στους 1100 oC (annealing) και η σκόνη που προέκυψε μορφοποιήθηκε με ισοστατική συμπίεση σε κυλινδρικά δισκία πάχους 0,2 cm σε πρέσσα (2,5 kPa) με εφαρμογή κενού. Στη συνέχεια, ακολούθησε πυροσυσσωμάτωση (sintering) στους 1300 οC για 5 ώρες και κρυσταλλογραφική μελέτη με την μέθοδο της περίθλασης ακτίνων Χ, (XRD, X-Ray Diffraction) για το χαρακτηρισμό της φάσης που σχηματίστηκε. Όλες οι συνθέσεις ήταν μονοφασικές με ρομβοεδρική δομή.
Τα δισκία που παρασκευάστηκαν, αφού λειάνθηκαν, κόπηκαν σε σχήμα ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου (ράβδου) με διαστάσεις 20mm x 4mm x 1mm προκειμένου να γίνουν μετρήσεις ηλεκτρικης αγωγιμότητας με τη μέθοδο των τεσσάρων σημείων ( DC4P, Direct Current Four Probe). Ακολούθως, στις παραπάνω ράβδους πραγματοποιήθηκε μέτρηση του θερμικού συντελεστή γραμμικής διαστολής (TEC, Thermal Expansion Coefficient). Aπό τα αποτελέσματα των παραπάνω μετρήσεων, προέκυψε η γραμμική εξάρτηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας από τη θερμοκρασία (470 οC- 800 oC). Με αύξηση της θερμοκρασίας παρατηρήθηκε σε όλες τις ενώσεις γραμμική αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας (ημιαγώγιμη συμπεριφορά) με εξαίρεση τις ενώσεις La0,8 Ba0,2 Co0,8 Fe0,2 O3±δ και La0.8Ba0.2Co0.8Mn0.2O3±δ. στις οποίες το Co βρίσκεται στην μεγαλύτερη στοιχειομετρική αναλογία και προκαλεί γραμμική μείωση της αγωγιμότητας (ημιμεταλλική συμπεριφορά). Επιπλέον, αν δούμε συγκριτικά τις ενώσεις ως προς την αναλογία, παρατηρήθηκε οτι με αύξηση της στοιχειομετρικής αναλογίας του Co αυξάνονται οι τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
Keywords:
κελιά καυσίμου στερεού οξειδίου, περοβσκίτες, οξείδια, SOFC, Pechini, κυψέλες καυσίμου
