بررسی امکان تهیه الکترولیت لوله ای پایه ی زیرکونیا به روش چاپ توری

پیلهای سوختی اکسید جامد یکی از مهم ترین وسایل به منظور تولید انرژی پاک هستند. وظیفه ی الکترولیت به عنوان مهم ترین جزء پیل سوختی انتقال اکسیژن به صورت -o2 از کاتد به آند تحت اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی است. الکترولیت های پایه زیرکونیا به علت پایداری شیمیایی و گرمایی بالا تجاری ترین الکترولیت مورد استفاده در این پیل ها هستند. از نظر هندسی پیل های سوختی اکسید جامد به دو صورت تخت و لوله ای تولید می شوند. آب بندی کامل پیرامون کاتد- الکترولیت- آند جهت جداسازی گازهای هوا از سوخت ضروری است. مزیت عمده ی هندسه ی لوله ای نسبت به تخت، آب بندی بهتر آن و مقاومت در برابر شوک های حرارتی است. کاهش دمای کاری پیل ها از °c 1000 به °c 700 نیازی اساسی جهت تجاری سازی این فناوری است. کاهش ضخامت لایه ی الکترولیت راه حلی مناسب برای برآوردن این نیاز می باشد. چاپ توری روشی است ساده با هزینه کم که فیلم نازک با ضخامت لازم را تولید می کند. در این روش خمیر چاپ از ترکیب پودر ysz با حامل آلی با نسبت وزنی 3:2 تهیه می شود. سپس به وسیله ی یک کاردک از طریق توری روی زمینه پخش می شود. لایه چاپ شده در دمای بالا برای رسیدن به چگالی کامل پخت می شود. متغیر های مهم در فرایند شامل: پودرهای اولیه، ترکیب خمیر چاپ، شمار مش توری، زمینه ی چاپ، فاصله ی توری از زمینه، شکل هندسی سر کاردک، سرعت چاپ و دمای پخت هستند. تاکنون روش چاپ توری در ساخت الکترولیت های با هندسه ی تخت مورد استفاده قرار می گرفت و گزارشی مبنی بر ساخت اجزای با هندسه ی لوله ای با این روش ارائه نشده است. در این تحقیق با توجه به خواص ویژه ی هندسه ی لوله ای نسبت به تخت، و مزیت روش چاپ توری یعنی ارزان و ساده بودن آن نسبت به دیگر روش های ساخت لایه نازک، هدف ساخت الکترولیت 5ysz با هندسه ی لوله ای و ضخامت پایین انتخاب شد. ابتدا الکترولیت تخت 5ysz روی زمینه ی گرافیت خالص تولید و پس از آن نمونه های لوله ای شکل به قطر mm 6 و ضخامت µm 90 ساخته شد. خواص مکانیکی فیلم های نازک تولیدی به کمک آزمون میکروسختی و نانوفروروندگی و خواص ساختاری به کمک آزمون های تفرق اشعه ی ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. سختی های به دست آمده برای نمونه ی تخت 5ysz برابر gpa 12/2 و نمونه ی لوله ای شکل gpa 12/9 به دست آمد. مقادیر به دست آمده برای خواص الکترولیت از جمله سختی و ریز ساختار مطلوب ارزیابی شد.