Abstrakt

Die Auswirkung der Co-Dotierung mit Ga3+ und Cu2+ auf die Ionenleitfähigkeit von Ceroxidkeramiken als Festelektrolyt für IT-SOFCs

 Monika Singh

Die vorliegende Untersuchung lenkt die Aufmerksamkeit auf die Wirkung der Zugabe von Ga3+ und Cu2+ auf die Struktur, Oberflächenmorphologie und Sauerstoff-Ionenleitfähigkeit von Ceroxidkeramiken der Zusammensetzung Ce0,8Ga0,2-xCuxO2-d als vielversprechenden Kandidaten als Festelektrolytmaterial in Festoxidbrennstoffzellen im mittleren Temperaturbereich (IT-SOFCs). Ultrafeine Ce0,8Ga0,2-xCuxO2-d-Nanokeramiken (für 0£x£0,2) wurden mithilfe der Selbstverbrennungsmethode von Glycinnitrat hergestellt. Phasenidentifikation, Mikrostruktur und Ionenleitfähigkeit aller Ceroxidkeramiken wurden mithilfe von Pulver-XRD, SEM, TEM beobachtet, und Impedanzanalysen wurden verwendet, um Phasenidentifikation, Mikrostruktur und Ionenleitfähigkeit aller Ceroxidkeramiken zu analysieren. Eine der Ceroxidkeramik ähnliche Struktur vom kubischen Fluorittyp mit der Raumgruppe Fm-3m wurde mithilfe von Pulver-XRD und anschließender Rietveld-Strukturanalyse für alle kodotierten Systeme bestätigt. Nach dem Sintern bei 1300ºC für 4 Stunden lag die Dichte aller Proben über 85 %. Das Vorhandensein von Sauerstoffleerstellen in allen Zusammensetzungen wurde durch Raman-Spektren nachgewiesen. Die thermische Analyse auf Gewichtsveränderungen wurde mittels TGA durchgeführt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der entwickelten Elektrolyte stimmt mit den üblicherweise verwendeten Elektrodenmaterialien überein. Die optimale Zusammensetzung Ce0,8Ga0,05Cu0,15O1,825 wies unter allen vorhandenen codotierten Ceroxidkeramiken die höchste Ionenleitfähigkeit mit der geringsten Aktivierungsenergie auf. Diese Eigenschaften machen sie zu einem potenziellen Anwendungsgebiet in der IT-SOFC als Elektrolytmaterial.