Badania stabilności chemicznej kompozytowego elektrolitu 3-YSZ-Al2O3 w stosunku do materiałów elektrodowych do zastosowania w średniotemperaturowych ogniwach paliwowych

Jednym z podstawowych wymogów stawianych materiałom na elektrolity do średniotemperaturowych ogniw paliwowych IT-SOFC (ang. intermediate-temperature solid oxide fuel cells) jest ich kompatybilność chemiczna z elektrodami w temperaturach zarówno eksploatacji, jak i wytwarzania ogniw. W celu sprawdzenia, czy badany w pracy kompozytowy elektrolit o osnowie z częściowo stabilizowanego ditlenku cyrkonu i z wtrąceniami tlenku glinu w ilości 1% mol. (3-YSZ-Al2O3) może zostać zastosowany w celu zapewnienia odpowiedniej sprawności ogniw IT-SOFC przez długi okres eksploatacji, przeprowadzono analizę jego stabilności chemicznej w stosunku do materiału katody La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 (LSCF48) oraz w stosunku do NiO, stanowiącego główny składnik materiału anody. Po wygrzewaniu mieszaniny elektrolitu i katody w proporcji wagowej 1:1 w 1273 K przez 5 i 100 godz., stwierdzono obecność nowych faz, które mogą wpływać na pogorszenie właściwości elektrochemicznych złącza elektrolit/katoda. W warunkach przewidywanej pracy ogniwa, tj. w temperaturze 1073 K elektrolit wykazuje zdecydowanie wyższą stabilność chemiczną w kontakcie z anodą aniżeli w kontakcie z katodą, która wynika z ograniczonej wzajemnej dyfuzji kationów w układzie 3-YSZ-Al2O3/NiO.

---

One of the main features required of materials to be applied as electrolytes in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) is their chemical compatibility with electrodes at both operating temperatures and the temperatures at which the cells are manufactured. To verify whether the investigated composite electrolyte with a matrix consisting of partially stabilized zirconia and alumina inclusions of 1 mol% (3-YSZ-Al2O3) can be applied to ensure a sufficiently high long-term operating efficiency of IT-SOFCs, its chemical stability was analyzed via exposure to the La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 (LSCF48) cathode material and NiO, which constitutes the main component of the anode material. After annealing the mixture consisting of the electrolyte and the cathode material at a mass ratio of 1:1 for 5 and 100 hours at 1273 K, the presence of new phases that might affect the electrochemical properties of the electrolyte/cathode junction was observed. Under the anticipated operating conditions of the cell, i.e. at 1073 K, the electrolyte exhibits significantly higher chemical stability in contact with the anode material than when exposed to the cathode one, which can be attributed to the reduced interdiffusion of cations in the 3-YSZ-Al2O3/NiO system.