Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Preparation and characterization of the solid oxide electrode - electrolyte junction

Patrycja Maria Frąk

Abstract

The thesis is devoted to new materials, which could be used in solid oxide fuel cells (SOFC). The aim of the project was preparation and characterization of the junction between solid oxide composite cathode and electrolyte. In the prepared junctions as an electrolyte bismuth based compound, Bi3Y0.9W0.1O6.15 (BiYWO), was used since it is characterized by the high and purely ionic conductivity at high and intermediate temperatures. The cathode was prepared as a composite of La0.8Sr0.2MnO3 (LSM) and BiYWO. The ceramic electronic conductor, LSM, was mixed with good oxide ion conductor, BiYWO, to provide high mixed ionic and electronic conductivity of the cathode. In the project composite cathode – electrolyte junction was prepared with different thickness of cathode and electrolyte layers. The two composite cathodes were tested with the 1:1 and 1.5:1 molar ratios between LSM and BiYWO components. Electrical properties of prepared junctions were measured using impedance spectroscopy in the wide range of temperatures (from room temperature to 850ᴼC), and frequencies (from 0.1 Hz to 10 MHz). Obtained results show, that electrical properties of the junction are dominated by the worst conductor, thus BiYWO. Conductivity of the junction was found to increase with decreasing thickness of the BiYWO electrolyte layer. No mechanical nor chemical reaction between components of the junctions was observed in the studied temperature range. Scanning electron microscope (SEM) was used to investigate the morphology of the sample at the border of electrode and electrolyte. Charging of the electrolyte layer was observed, what confirms, that BiYWO compound shows almost no electronic conductivity.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Patrycja Maria Frąk (FP) Patrycja Maria Frąk,, Faculty of Physics (FP)
Title in Polish
Otrzymanie i zbadanie właściwości elektrycznych złącza elektroda kompozytowa – elektrolit tlenkowy
Supervisor
Wojciech Wróbel (FP/SSID) Wojciech Wróbel,, Solid State Ionics Division (FP/SSID)Faculty of Physics (FP)
Certifying unit
Faculty of Physics (FP)
Affiliation unit
Solid State Ionics Division (FP/SSID)
Study subject / specialization
, Fizyka Techniczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
16-02-2016
Issue date (year)
2016
Reviewers
Wojciech Wróbel (FP/SSID) Wojciech Wróbel,, Solid State Ionics Division (FP/SSID)Faculty of Physics (FP) Marcin Małys (FP/SSID) Marcin Małys,, Solid State Ionics Division (FP/SSID)Faculty of Physics (FP)
Keywords in Polish
SOFC, katoda, kompozyt, spektroskopia impedancyjna, SEM, LSM, Bi3Y0.9W0.1O6.15
Keywords in English
SOFC, cathode, composite, impedance spectroscopy, SEM, LSM, Bi3Y0.9W0.1O6.15
Abstract in Polish
Niniejsza praca dotyczy badań nad nowymi materiałami do zastosowania w tlenkowych ogniwach paliwowych SOFC. Celem pracy było otrzymanie półogniwa katoda – elektrolit, poznanie jego morfologii oraz zbadanie właściwości elektrycznych. W przygotowanych złączach elektrolit stanowił przewodnik jonów tlenu oparty na tlenku bizmutu, Bi3Y0.9W0.1O6.15 (BiYWO), natomiast rolę katody pełnił nowy ceramiczny materiał kompozytowy o przewodnictwie mieszanym. W skład kompozytu wchodził materiał elektrolitu Bi3Y0.9W0.1O6.15 (BiYWO) zmieszany w odpowiedniej proporcji molowej (1:1 oraz 1.5:1) z ceramicznym przewodnikiem elektronowym La0.8Sr0.2MnO3 (LSM). Właściwości elektryczne otrzymanych złącz elektrolit – elektroda kompozytowa, tzw. „kanapek”, zbadano dla kanapek o różnych grubościach kompozytu oraz elektrody, a także dla różnych składów kompozytu. Przeprowadzone badania pokazują, że otrzymane w pracy złącza charakteryzują się wysoką stabilnością chemiczną i mechaniczną - w zakresie temperatur do ok. 850C nie zaobserwowano reakcji między elementami złącza ani naprężeń mechanicznych. Otrzymane próbki przebadano także skaningowym mikroskopem elektronowym SEM. Zaobserwowano ładowanie się obszaru elektrolitu (oślepianie detektora) potwierdzające brak przewodnictwa elektronowego związku BiYWO. Właściwości elektryczne otrzymanych złącz elektrolit – katoda kompozytowa badano metodą spektroskopii impedancyjnej w szerokim zakresie temperatur od temperatury pokojowej do ok 850C i w szerokim zakresie częstotliwości od 0.1 Hz do 10 MHz. Na podstawie uzyskanych wyników przygotowane zostały wykresy typu Arrheniusa przewodności w funkcji temperatury. Właściwości elektryczne otrzymanych złącz zdominowane są przez składnik o niższym przewodnictwie całkowitym, czyli BiYWO. Widoczne jest to na wykresach Arrheniusa w postaci przebiegów równoległych do czystego związku BiYWO. Przeprowadzone badania wykazały, że przewodność złącza jest tym większa im cieńsza jest warstwa elektrolitu BiYWO. W pracy podjęto również próbę zamodelowania właściwości elektrycznych złącza katoda – elektrolit. Wstępne wyniki pokazują, że można w tym celu zastosować model ośrodka efektywnego.
File
  • File: 1
    Praca_inż_Patrycja_Frąk.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 9880

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTf5ed4e3d494f4bb08c9460d39a5e28fa/
URN
urn:pw-repo:WUTf5ed4e3d494f4bb08c9460d39a5e28fa

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page