بهینه سازی کاتد پیل سوختی اکسید جامد دمای میانی بر پایه لانتانیوم

پیل های سوختی اکسید جامد یکی از امید بخش ترین دستگاه های تولید انرژی هستند که در نتیجه بازده ی بالا، انعطاف پذیری نسبت به سوخت و اثرات تخریب زیست محیطی پایین دارای اهمیت می باشند. در حال حاضر، چالش فنی عمده ی بهبود پیل های سوختی اکسید جامد، کاهش دمای کاری به محدوده ی c? 700-600 به منظور کاهش هزینه ها و افزایش طول عمر پیل سوختی است.کاهش دما منجر به کاهش پخش مضر مواد و فرآیند های تبخیری می شود و نوید کاهش هزینه های مواد برای رابط های میانی و اجزاء جانبی که نیازمند دمای بالا هستند، را می دهد. با این وجود، کاهش دمای کاری منجر به تلفاتی در عملکرد پیل می شود که عمدتاً به علت افت اهمی در اجزاء پیل است یکی از اجزاء اساسی پیل سوختی اکسید جامد، کاتد است. اکسید های پروسکایتی به علت مشخصات مناسب، گزینه های مناسبی برای کاتد های پیل سوختی اکسید جامد هستند. توجه به مواد کاتدی با رسانندگی دو گانه ی الکترونی و یونی راه خوبی برای تبدیل مرز منطقه سه فازی (مکان فعال واکنش الکترو شیمیایی) جایی که فاز گازی، الکترود و الکترولیت در تماس هستند، به ناحیه تماسی دو گانه (فاز گازی و الکترود) است که منجر به کاهش قطبش کاتدی می شود. استفاده از لایه های نازک اکسیدی برای طراحی پیل سوختی، می تواند هزینه و اندازه پیل را کاهش دهد. لایه های نازک علاوه بر کاهش دمای کاری، امکان کوچک سازی مناسبی از کل سیستم را فراهم می کنند. در این تحقیق کاتد اکسید پروسکایتی بر پایه ی لانتانیوم،la0.6ca0.4fe0.8ni0.2o3 (lcfn)، به روش سل-ژل ساخته شد. الگوی پراش x با تحلیل ریتولد نشان داد که نمونه lcfn تک فاز است و ساختار پروسکایتی اورتورومبیک با گروه فضایی pnma دارد. مقاومت الکتریکی با روش چهار میله ای از دمای اتاق تا دمای c? 800 اندازه گیری شد. اندازه گیری رسانندگی الکتریکی نمونه بر حسب دما در هوا نشان داد که رسانندگی با افزایش دما، افزایش می یابد. انرژی فعالسازی رسانش الکتریکی، از برازش منحنی آرنیوس با داده های تجربی به دست آمد. در ادامه، لایه های نازک lcfn روی زیر لایه تک بلور (100)srtio3 ، (sto) در فشار-های مختلف 100، 200، 300 و mtorr 400 شار اکسیژن به منظور تأثیر فشار جزئی اکسیژن بر لایه ها با روش لایه نشانی لیزر تپشی، لایه نشانی شدند. مطالعه ساختار فازی و تبلور، مورفولوژی سطحی و خواص الکتریکی لایه ها، به ترتیب با پراش اشعه x، میکروسکوپ نیروی اتمی (afm) و اندازه گیری های مقاومت الکتریکی به روش چهار میله ای انجام شد. پراش اشعه x لایه ها نشان می دهد که لایه ها همبافته اند و در جهت زیر لایه رشد یافته اند. تصاویر afm لایه ها نشان می دهد که سطح لایه ها هموار است و جذر میانگین مربعی (پستی و بلندی) تقریبی nm 3-2 دارند. افزایش فشار منجر به افزایش پستی و بلندی لایه ها می شود و جزایر نانو متری تشکیل می یابند. از رفتار خطی ln(?t) بر حسب 1/t فهمیده می شود که مثل نمونه حجمی، جهش پلارون های کوچک مسئول رسانش الکتریکی لایه ها می باشد. همچنین روش واهلش رسانندگی الکترونی به منظور تعیین ضریب تبادل سطحی، kchem انجام شد. تغییر رسانندگی با ورود ناگهانی شار اکسیژن، تیز است که از آن یک منحنی نمایی به دست می آید که به خوبی با معادله تبادل سطحی آرنیوس برازش می شود.