بررسی خواص الکتروشیمیایی و مکانیکی پیل سوختی اکسید جامد ساخته شده توسط چاپگر سه بعدی

تاکنون روش‌‌های متنوعی برای ساخت پیل‌های سوختی اکسید جامد معرفی شده‌اند. در این پژوهش از تکنولوژی چاپ سه بعدی (3 d printing) برای تولید پیل‌های سوختی اکسید استفاده گردیده است. در همین راستا ابتدا چاپگر سه بعدی مناسبی که توانایی چاپ دوغاب لایه‌های آند، کاتد و الکترولیت با ضخامت و سرعت مورد نظر را داشته باشد، ساخته شد. سپس دوغاب مناسب متشکل از مواد nioysz برای لایه‌ آند، ysz برای لایه الکترولیت و lsm برای کاتد، به همراه حلال و افزودنی‌های مناسب تولید گردید و با استفاده از چاپگر سه بعدی لایه نشانی لایه‌ها صورت گرفت. پس از تشکیل پیل، خشک کردن و سپس تف‌جوشی1 لایه‌ها انجام شد. در ادامه برای تشخیص عناصر موجود، تعیین ریز ساختار، دانسیته و ضخامت لایه‌ها، آزمایش sem، mapping، eds و xrd صورت گرفت. منحنی ivp با جریان ثابت اکسیژن نشان داد که در دمای oc800 بیشترین توان چگالی در حدود w/cm2 0.84 و در محدوده ولتاژ 5/ 0 ولت وجود دارد. منحنی امپدانس نیز تحت ولتاژ مدار باز و در فرکانس بالا، مقداری برابر  0.23 و در محدوده فرکانس پایین، مقدار  1.25 را نشان داد. با انجام آزمون کشش، مدول یانگ پیل gpa 111 و استحکام شکست و استحکام تسلیم به ترتیب در حدود mpa 137 و mpa 120 به دست آمد.

Investigation of Electrochemical and Mechanical Properties of Solid Oxide Fuel Cell Fabrication by 3d Printer

Nowadays, various methods have been introduced for the fabrication of solid oxide fuel cells (SOFC). In this research, 3D printing technology has been used to produce oxide fuel cells. First, a 3D printer was constructed that has the ability to print the slurry of anode, cathode and electrolyte layers with the desired thickness and speed. Then a suitable slurry consisting of NiOYSZ materials was produced for the anode layer, YSZ for the electrolyte layer and LSM for the cathode, with suitable solvents and additives. After cell formation, drying and then sintering of the layers were performed. The composition and microstructure characterization of layers has been performed by XRD, SEM, Mapping, EDS. The IVP curve showed the maximum power is around 0.84 W / cm2 at 800 OC with constant oxygen. The impedance curve values under opencircuit voltage were 0.23 Ωcm2 and 1.25 Ωcm2 at high and low frequencies, respectively. The tensile experiments indicated values 111 GPa for Young modulus and 137 MPa and 120 MPa values for the fracture toughness and the yield strength, respectively.