بهبود هدایت یونی الکترولیت اکسید سریم دوپ شده با گادالونیوم با استفاده از کمک زینتر نانو اکسید مس

سرامیک اکسید سریم دوپ شده با گادالونیوم (gdc) به دلیل هدایت یون اکسیژن بالا به عنوان الکترولیت در پیل های سوختی حالت جامد کاربرد زیادی دارد. در این مطالعه تاثیر نانو اکسید مس به عنوان کمک زینتر بر خواص الکترولیت gdc شامل ریزساختار و هدایت یونی مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، تاثیر افزودن مقادیر 2/0، 5/0 و 1 درصد مولی نانو اکسید مس بر سرامیکgdc سنتز شده به روش حالت جامد مطالعه شد. نتایج پراش اشعه ایکس نشان داد که با افزودن نانو اکسید مس به مقدار 1 درصد مولی فاز ناخالصی مربوط به ترکیب cuo شناسایی می شود. بر اساس چگالی و هدایت یونی اندازه گیری شده، مقدار 5/0 درصد مولی نانو اکسید مس به عنوان مقدار بهینه معرفی می گردد. با فزودن 5/0 درصد مولی نانو اکسید مس، چگالی سرامیک gdc به 97 درصد چگالی تئوری افزایش و هدایت یونی الکترولیت به مقدار 89 درصد بهبود یافت. بررسی ریزساختار نمونه ها نشان داد که نانو اکسید مس تاثیر زیادی بر ریزساحتار سرامیک gdc دارد و ریزساختاری با یکنواختی بیشتر از نظر توزیع اندازه دانه حاصل می گردد. افزایش در هدایت یونی و کاهش در انرژی اکتیواسیون الکترولیت gdc در حضور کمک زینتر نانو اکسید مس، می تواند ناشی از افزایش چگالی، رشد دانه و کاهش مقاومت مرز دانه باشد.

Improvement of ionic conductivity of gadolinium doped ceria electrolyte with nano CuO sintering aid

Gadanium doped cerium oxide ceramic (GDC) is widely used as solid electrolytes in solid oxide fuel cells because of its high oxygen ion conductivity. In this study, the effect of addition of nano CuO as a sintering aid on the properties of GDC electrolyte were investigated. For this purpose, 0.2, 0.5, and 1% mole of nano Cuo was added to GDC ceramics, which was synthesized by the solidstate method and the effect in microstructure and ionic conductivity of this solid electrolyte were investigated. The results of Xray diffraction showed that the presence of the CuO phase as an impurity phase was detected by adding 1% mole nano CuO. Based on the results of density and ionic conductivity, 0.5% mole nano CuO was introduced as the optimal value. With the addition of 0.5% mole nano CuO, the density of GDC ceramic increased to 97% theoretical density and the ion conductivity improved by 89%. The SEM results showed that adding nano CuO had a great effect on the microstructure of the GDC ceramic and the uniform microstructure was obtained. An increase in ionic conductivity and a decrease in the activation energy of GDC electrolyte in the presence of nano CuO could be due to increased density, grain growth and reduced resistance of grain boundaries.