Naslov (srp)

Svojstva visokotemperaturnih protonskih provodnika na bazi barijum-cerijum-indijum-oksida : doktorska disertacija

Autor

Malešević, Aleksandar S., 1984-

Doprinosi

Čobeljić, Božidar
Perać, Sanja
Radojković, Aleksandar, 1983-
Todorović, Tamara, 1975-
Žunić, Milan

Opis (eng)

The main goal of this doctoral dissertation was to investigate the influence of dopantconcentration on properties of BaCe1–xInxO3–δ (BCI, x = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, and0.40) as a proton conductor. The structure and phase composition of the synthesized powder, obtainedby the auto-combustion method, were determined by the X-ray diffraction analysis. Powderscontaining ≥ 25 % (mol) indium, contain In 2 O3 as a secondary phase. The optimal sintering procedureto obtain dense nonporous (98 % of theoretical density) ceramics was determined to be 5 h at 1300 °C.Microstructure was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Higher sintering temperatureleads to the formation of larger grains, while an increase in indium concentration up to 25 % (mol)leads to an increase in the grain size with no further influence above that concentration. Exposure ofthe sintered sample to the CO2 atmosphere for 5 h at 700 °C showed that indium completelysuppressed the degradation of BaCeO3 when its concentration reached 15 % (mol). The highest totalconductivity is around 5×10 –3 S cm–1 for BaCe0.75 In 0.25 O3–δ (BCI25) was determined by electricalmeasurements in the wet hydrogen atmosphere at 700 ℃, which made this material the best choice forthe construction of the solid oxide fuel cell. The obtained fuel cell,Ni-BaCe0.75 In0.25 O3−δ║BaCe0.75 In0.25 O3−δ║LSCF-BaCe0.75 In0.25 O3−δ, (LSCF = lanthanum strontiumcobalt iron oxide, La0,8 Sr0,2 Co0,8 Fe0,2 O3 ) exhibited a maximum output power density of 264 mW cm–2at 700 ℃, using hydrogen as a fuel. This result is an indication of the stability and functionality of thiselectrolyte and its versatility with respect to the type of fuel and performing environment.During the investigation of the electrical characteristics of BCI25, under the atmospheres ofvarious compositions, it was observed that the impedance of the sample changes rapidly upon thechange in partial pressure of water vapor, which makes this material suitable for application as a high-temperature humidity sensor. The sensing characteristics of BCI25 were investigated in the 250 °C –700 °C temperature range in the form of porous film and sintered ceramics. The 30 μm thick filmobtained from the powder calcined at 1050 °C exhibited sensitivity comparable to that of the sinteredsample with a significantly shorter response and recovery times. The sensor showed the bestperformance at 500 °C. While the sensitivity of the film gradually decreased with a decrease in partialpressure of water vapor (pH2O), a noticeable sensitivity was still observed at pH2O of 200 Pa. Decreasein conductivity depended logarithmically on the partial pressure of water with the slope of 0.52 that isclose to the typical value. After several cycles, the reusability test proved an almost unchanged ratiobetween the impedance value in the dry and the wet Ar atmosphere (pH2O = 2.34 kPa), which impliedthat BCI25, having good stability and sensitivity, is a promising high-temperature humidity sensor.

Opis (srp)

U okviru ove doktorske disertacije je ispitan uticaj koncentracije dopanta na svojstvaBaCe1−xInxO3–δ (BCI, x = 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35 i 0,40) kao protonskog provodnika.Struktura i fazni sastav sintetisanih prahova dobijenih metodom samosagorevanja su utvrđenirendgenskom difrakcionom analizom, pri čemu je pokazano da prahovi sa ≥ 25 % (mol.) indijumasadrže In 2 O3 kao sekundarnu fazu. Optimizacijom postupka sinterovanja je utvrđeno da je termičkitretman na 1300 °C tokom 5 h optimalan za dobijanje guste neporozne keramike (98 % teorijskevrednosti). Mikrostruktura je analizirana skanirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM).Povećanje temperature sinterovanja dovodi do nastanka većih zrna, dok povećanje koncentracijeindijuma do 25 % (mol.) dovodi do porasta zrna, a iznad te koncentracije nema daljeg uticaja naveličinu zrna. Izlaganjem sinterovanog uzorka atmosferi CO2 tokom 5 h na 700 °C je pokazano daindijum u potpunosti suzbija degradaciju BaCeO3 već u koncentraciji od 15 % (mol.). Električnimmerenjima u atmosferi vlažnog vodonika je utvrđeno da maksimalna ukupna provodljivost iznosi5 × 10−3 S cm –1 na 700 °C za uzorak BaCe0,75 In 0,25 O3–δ (BCI25), zbog čega je ovaj materijal odabrankao najbolji kandidat za elektrolit gorivne ćelije na bazi oksida u čvrstom stanju. Dobijena gorivnaćelija Ni-BaCe0,75 In0,25 O3−δ║BaCe0,75 In0,25 O3−δ║LSCF-BaCe0,75 In 0,25 O3−δ (LSCF = lantan-stroncijum-kobalt-gvožđe-oksid, La0,8 Sr0,2 Co0,8 Fe0,2 O3 ) je pokazala maksimalnu gustinu izlazne snage od 264 mWcm –2 na 700 °C, koristeći vlažan vodonik kao gorivo. Ovakav rezultat ukazuje na stabilnost ifunkcionalnost BCI25 kao elektrolita za gorivne ćelije.Ispitivanjem električnih svojstava BCI25 u atmosferama različitog sastava je uočeno da dolazido brze promene impedanse prilikom promene parcijalnog pritiska vodene pare, što čini ovaj materijalpogodnim za primenu kao visokotemperaturnog senzora vodene pare. Senzorska svojstva BCI25 uvidu poroznog filma i sinterovane keramike su ispitana u temperaturnom opsegu 250 °C – 700 °C.Film debljine 30 μm, napravljen od praha kalcinisanog na 1050 °C, je pokazao osetljivost uporedivu saosetljivošću sinterovanog uzorka, ali sa značajno kraćim vremenom odziva i oporavka. Pokazalo se daje najbolja osetljivost senzora na temperaturi od 500 °C. Osetljivost filma se postepeno smanjivala sasmanjenjem parcijalnog pritiska vodene pare pH2O , ali je bila značajna i pri parcijalnom pritisku vodenepare od 200 Pa. Pad provodljivosti je zavisio logaritamski od parcijalnog pritiska vodene pare sanagibom od 0,52 što je blisko tipičnoj vrednosti za protonski tip provođenja u tom temperaturnomopsegu. Posle nekoliko ciklusa, test ponovne upotrebe je pokazao skoro nepromenjen odnos izmeđuimpedanse u suvoj i vlažnoj atmosferi (pH2O = 2,34 kPa), što je ukazalo na dobru stabilnost i osetljivostBCI25 kao potencijalnog visokotemperaturnog senzora vodene pare.

Opis (srp)

Hemija - Opšta i neorganska hemija / Chemistry - General and Inorganic Chemistry Datum odbrane: 23.02.2024.

Jezik

srpski

Datum

2024

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Fundamentalna hemija. Fizička hemija

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Neorganska hemija

proton conductivity; perovskite; BaCeO3 ; fuel cell; sensors

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Fundamentalna hemija. Fizička hemija

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Neorganska hemija

protonska provodljivost; perovskit; BaCeO3 ; gorivna ćelija; senzor