Loading...

Synthesis and Characterization of Praseodymium Nickelate for Low Temperature Solid Oxide Fuel Cell Cathode

Naeini, Mina | 2017

1095 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 50338 (07)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Materials Science and Engineering
  6. Advisor(s): Faghihi Sani, Mohammad Ali
  7. Abstract:
  8. Solid oxide fuel cells as high temperature electrochemical devices draw much attention in the last decades due to their fuel flexibility, high efficiency and low pollution. However, lowering operating temperature from about 850°C to around 650°C without significant overpotential loss, in order to lower costs and increase cells life time has remained a challenge. Recently, a new family of mixed ionic and electronic conducting ceramics (MIECs) which are formulated Ln2NiO4+δ (Ln= La,Nd,Pr) and crystallized in Ruddlesden–Popper structure, have been regarded as appropriate cathode materials for the low or intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC). Amongst these compounds, Pr2NiO4+δ has the best electrochemical properties. In the present study, Pr2NiO4+δ was synthesized via a combustion sol-gel method similar to that outlined by Pechini. As the presence of a small amount of a secondary phase affects cathode properties, the influence of calcination temperature on the purification of the samples was studied, and XRD results showed that pure single phase Pr2NiO4+δ was obtained after calcination at 1200°C. In order to investigate the effect of fuel nature and content on oxygen non-stoichoimetry level (δ), either urea or citric acid with different fuel/nitrate rations was used in synthesis process. Regarding to iodometric titration results, increasing fuel/nitrate ratio enhances δ value and samples synthesized with urea has higher δ levels. For example, increasing citric acid/nitrate ratio from 1 to 3 resulted in δ increment from 0.12 to 0.18 and enhancing urea/nitrate ratio from 1 to 3 led to δ enhancement from 0.15 to 0.22. Four-point probe electrical conductivity measurements indicated that samples with higher δ values show higher electrical conductivities, however δ increment results in less thermal stability. Therefore Pr2NiO4.22 is the most non-stoichiometric compound with the highest electrical conductivity, which is thermally stable under IT-SOFCs operating condition
  9. Keywords:
  10. Cathodes ; Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) ; Sol-Gel Autocombustion Method ; Stoichiometry ; Praseodymium Nickelate ; Over-Stoichiometry Oxygen ; Fuel to Nitrate Ratio

 Digital Object List

 Bookmark

  • _GoBack
  • _Toc387225089
  • _Toc344074323
  • _Toc387225091
  • _Toc387225092
  • _Toc387225093
  • _Toc359857381
  • _Toc387225094
  • _Toc387225095
  • _Toc359857382
  • _Toc387225096
  • فصل1 معرفی پژوهش
    • 1-1 مقدمه
  • _Toc387225098
    • 1-2 معرفی پژوهش حاضر
    • 2-1 مقدمه
  • _Toc277725146
  • _Toc277725147
  • _Toc387225102
  • _Toc387225103
    • 2-2 اجزای سلول سوختی اکسید جامد
  • _اجزای_سلول_سوختی
  • اجزای
    • 2-3 کاهش دمای کاری سلول سوختی اکسید جامد
  • _کاهش_دمای_کاری
  • کاهش
      • 2-3-1 ویژگیهای لازم برای کاتد سلول سوختی اکسید جامد دمای متوسط
      • 2-3-2 توسعه مواد کاتدی برای سلول سوختی اکسید جامد دمای متوسط
  • _Toc387225106
  • _توسعه_مواد_کاتدی
  • _ویژگیهای_لازم_برای
  • توسعه
  • ویژگی
      • 2-3-3 مواد کاتدی با ساختار رادلسدن-پاپر
        • 2-3-3-1 ساختار رادلسدن-پاپر
  • _ساختار_رادلسدن-پاپر
  • _مواد_کاتدی_با
  • ساختار
        • 2-3-3-2 مکانیزم نفوذ یونی در ساختار رادلسدن-پاپر
  • _مکانیزم_نفوذ_یونی
  • مکانیزم
        • 2-3-3-3 خواص نیکلات لانتانیدها
  • _خواص_نیکلات_لانتانیدها
  • خواص
        • 2-3-3-4 پایداری نیکلات لانتانیدها
  • _پایداری_نیکلات_لانتانیدها
        • 2-3-3-5 نیکلات پرازئودمیم
  • _نیکلات_پرازئودمیم
  • نیکلات
        • 2-3-3-6 پایداری حرارتی نیکلات پرازئودمیم
  • _Toc277725149
  • _Toc387225107
  • _پایداری_حرارتی_نیکلات
  • پایداری
        • 2-3-3-7 اثر دما و اکسیژن اضافه استوکیومتری بر هدایت الکتریکی نیکلات پرازئودمیم
  • _اثر_دما_و
        • 2-3-3-8 سنتز نیکلات پرازئودمیم
  • _سنتز_نیکلات_پرازئودمیم
  • سنتز
        • 2-3-3-9 اثر مقدار اکسیژن اضافه استوکیومتری بر پایداری نیکلات پرازئودمیم
  • _اثر_مقدار_اکسیژن
  • اثر
    • 2-4 هدف از تحقیق حاضر
  • _هدف_از_تحقیق
  • هدف
    • 3-1 مقدمه
    • 3-2 مواد اولیه مورد نیاز
  • _Toc277725151
  • _Toc387225108
  • _Toc387225109
  • _مواد_اولیه_مورد
  • مواد
    • 3-3 تجهیزات مورد نیاز
    • وسایل و تجهیزات لازم برای مراحل مختلف پژوهش عبارتند از:
    • 3-4 روش انجام آزمایش
  • _Toc277725153
  • _Toc387225111
  • _تجهیزات_مورد_نیاز
  • _روش_انجام_آزمایش
  • تجهیزات
  • روش
    • 3-5 آزمونهای انجام شده جهت مشخصهیابی
      • 3-5-1 آزمون گرماسنجی تفرقی و توزین حرارتی
      • 3-5-2 آزمون XRD
      • 3-5-3 محاسبه چگالی پودر به روش پیکنومتری
  • _آزمون_XRD
  • _آزمون_گرماسنجی_تفرقی
  • _آزمونهای_انجام_شده
  • _محاسبه_چگالی_پودر
  • محاسبه
      • 3-5-4 آزمون تیتراسیون یدومتری
  • _آزمون_تیتراسیون_یدومتری
      • 3-5-5 آزمون FE-SEM
      • 3-5-6 آزمون هدایت الکتریکی چهار نقطهای
  • _آزمون_FE-SEM
  • _آزمون_هدایت_الکتریکی
  • آزمون
        • 3-5-6-1 نحوه ساخت قطعه حجیم و شرایط انجام آزمون هدایت الکتریکی چهار نقطهای
  • _نحوه_ساخت_قطعه
  • نحوه
        • 3-5-6-2 تعیین چگالی قرص با روش ارشمیدس
  • _تعیین_چگالی_قرص
    • 4-1 مقدمه
    • 4-2 تعیین شرایط عملیات حرارتی
  • _Toc277725155
  • _Toc387225112
  • _Toc387225113
  • _Toc387225114
    • 4-3 مشخصهیابی پودر سنتز شده
      • 4-3-1 تعیین ترکیب فازی و ساختار بلوری پودر
  • _تعیین_ترکیب_فازی
  • تعیین
  • _Toc387225115
      • 4-3-2 بررسی اثر نوع و میزان سوخت بر مقدار δ و ریزساختار پودر
  • _Ref387224961
  • _بررسی_اثر_نوع
      • 4-3-3 ساخت قطعه حجیم
  • _ساخت_قطعه_حجیم
  • ساخت
      • 4-3-4 بررسی تاثیر دما و میزان δ بر هدایت الکتریکی
  • _بررسی_تاثیر_دما
  • بررسی
      • 4-3-5 مطالعه اثر زمان بر هدایت الکتریکی
  • _مطالعه_اثر_زمان
  • مطالعه
    • 4-4 اهمیت بهینهسازی مقدار اکسیژن اضافه استوکیومتری
  • _اهمیت_بهینهسازی_مقدار
  • اهمیت
    • 5-1 نتیجه‏گیری
  • _Toc277725162
  • _Toc387225118
  • _Toc387225119
    • 5-2 پیشنهادها
  • _Toc277725163
  • _Toc387225120
  • _Toc387225121
...see more