Reaktywność chemiczna kompozytowego elektrolitu stałego 3Y-TZP/Al2O3 z materiałem katodowym LSCF48 w kontekście możliwości ich wykorzystania do ogniw paliwowych IT-SOFC

Niniejsza praca dotyczy oceny stabilności chemicznej kompozytowego elektrolitu o osnowie z częściowo stabilizowanego dwutlenku cyrkonu i wtrąceniami tlenku glinu (3Y-TZP/Al2O3) w stosunku do elektrody La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 (LSCF48). Analiza fazowa mieszaniny 3Y-TZP/Al2O3-LSCF48 zestawionej w proporcji wagowej 1:1 i poddanej wygrzewaniu w 1073 K nie wykazała obecności innych faz niż wyjściowe. Wzrost temperatury wygrzewania do 1273 K spowodował powstawanie nowych faz krystalicznych, głównie SrZrO3 i CoFe2O4. Wyniki tych badań wskazują na potencjalne możliwości zastosowania elektrolitu 3Y-TZP/Al2O3 do średniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC ze względu na kompatybilność chemiczną z katodą LSCF48 w temperaturze przewidywanej eksploatacji ogniwa (1073 K). Ze względu na zachodzące zmiany strukturalne w mieszaninie poddanej wygrzewaniu w 1273 K - złącze elektrolit-katoda nie może być wystawione na działanie tej temperatury przez dłuższy okres czasu podczas wytwarzania ogniwa paliwowego.

---

The paper presents the evaluation of chemical stability of composite electrolyte with the partially stabilized zirconia matrix and aluminium oxide inclusions (3Y-TZP/Al2O3) in relation to the La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 (LSCF48) electrode. Phase analysis of the 3Y-TZP/Al2O3-LSCF48 mixture batched in a weight ratio of 1:1, and annealed in air at 1073 K revealed the presence of the starting components only while the increase of annealing temperature up to 1273 K (for 5 h and 100 h) caused the formation of new crystalline phases, mainly of SrZrO3 and CoFe2O4. These studies indicate the potential for the application of 3Y-TZP/Al2O3 in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) due to the chemical compatibility with the LSCF48 cathode at the expected operation temperature of a cell (1073 K). Due to structural changes of the mixture annealed at 1273 K, the electrolyte-cathode connector cannot be exposed to that temperature for a long time during the manufacturing stage of a fuel cell.