Skip to main content
SUPERVISOR
Hadi Salamati mashhad,Mehdi Ranjbar
هادی سلامتی مشهد (استاد راهنما) مهدی رنجبر (استاد مشاور)
 
STUDENT
Elyas Shahsavari
الیاس شهسواری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Fabrication and Testing of Solid Oxide Fuel Cell
In general in this project we have studied different methods of Fabricating planar Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) and utilizing microwave sintering technique on the cathode based Lanthanum for optimization and decreasing operating temperature from high temperatures (800-1000 °C) to intermediate temperatures (600-800 °C). The method used for preparation of electrolyte and cathode layers are Spin coating, Dip coating, Spray coating and Pulsed Laser Deposition (PLD). In this investigation, La based perovskite oxide cathode, La0.6Ca0.4Fe0.8Ni0.2O3 was used due to its good electron and ion conductivity, chemical stability and satisfactory catalytic activity. Sol-gel method was used to synthesize La0.6Ca0.4Fe0.8Ni0.2O3. The 8% yttria stabilized zirconia (YSZ) was used as an electrolyte, because of the high ionic and low electrical conductivity. The anode substrate was prepared by mixing NiO powders (Merck 99.5%) with 8%YSZ powders (Tosoh 99.9%) in a weight ratio of 50:50.10 wt.% starch was added as a pore former and ball-milled for 20h in ethanol media. Using anode as substrate lead to reduction in total electrical resistance, at high temperatures. Scanning Electron Microscope (SEM) used to study the topography of sample particles. The cross section SEM images of the fabricated cell with spin and dip coating methods indicate that mentioned layers are uniform and dense. The analyzed X-ray diffraction (XRD) results demonstrate the desired structural phases of materials as cathode, electrolyte and anode. There were not any noticeable impurity phase. To testing cells, we have made a single fuel cell test setup that made of alumina, capable of working in the high temperature furnace, reactive gas transmission and current collectors. The cell characteristics such as output voltage of the cell, (I-V) diagram, power density and impedance spectroscopy were measured. These characteristics were studied at operating temperatures and testing conditions. Fabrication of the planar anode-based solid oxide fuel cells have been performed with LCFN material as cathode for the first time in our lab using both coating methods (Spin and Dip coating). The prepared cell has an anode base substrate, electrolyte and cathode layer have been deposited on it, with 22 and 61?m thicknesses respectively. Output voltage and power density of fabricated cell have been obtained at 800°C, 0.8 V and 475 (mW/cm2) respectively.
پیل‌سوختی وسیله‌ای الکتروشیمیایی است که به‌طور مستقیم انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. هر پیل‌سوختی شامل سه جزء اصلی کاتد، الکترولیت و آند است. پیل‌سوختی به علت تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به الکتریسیته، دارای راندمان بالا و درعین‌حال آلودگی‌های زیست‌محیطی حداقل می باشد. در بین انواع پیل های سوختی، پیل سوختی اکسید جامد دارای راندمان بالاتر، تنوع استفاده در سوخت، عمر بیشتر و هزینه کمتر نسبت به بقیه پیل‌ها است. راندمان پیل سوختی اکسید جامد در حدود 65% است که در حالت هیبرید، تا 85% نیز قابل افزایش می باشد. پیل های سوختی اکسید جامد دارای دو نوع کلی لوله ای و صفحه ای می باشند. مطالعات در این پژوهش به ساخت پیل سوختی صفحه ای اختصاص داده شده است . این نوع پیل سوختی معمولا با روش های لایه‌نشانی ساخته می شود که توجه به انتخاب روش مناسب و نحوه ی ساخت، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. به طور کلی در این پژوهش به بررسی روش های مختلف ساخت پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای پرداخته ایم و به منظور بهینه سازی و کاهش دمای کاری از (?C 1000-800) به دمای میانی (?C 800-600)، از کاتد باز پخت شده تحت امواج ماکروویو برپایه لانتانیوم بهره گرفته ایم. روش های به کار گرفته شده برای تهیه ی لایه های الکترولیت و کاتد پیل سوختی اکسید جامد شاملSpin coating (چرخشی)، Dip coating (غوطه وری)، ray coating(اسپری) و لیزر پالسی اگزایمر می باشند. در این تحقیق از اکسید پروسکایتی بر پایه لانتانیوم ( La 0.6 Ca 0.4 Fe 0.8 Ni 0.2 O 3 ) به علت رسانندگی خوب دوگان? الکترونی و یونی، پایداری شیمیایی و عملکرد کاتالیستی مناسب به عنوان کاتد استفاده‌شده و از روش سل-ژل برای ساخت آن بهره گرفته شده است. از زیرکونیای پایدار شده با ایتریوم YSZ 8% (Yttria- stabilized zirconia) به لحاظ خاصیت رسانندگی یونی بالا و رسانندگی الکتریکی پایین، برای تهیه ی لایه ی الکترولیت استفاده شد. هم چنین از مخلوط NiO-YSZ 8% (اکسید نیکل) با درصد وزنی 50:50 به همراه 10 درصد وزن کل، نشاسته برای ایجاد تخلخل؛ به عنوان آند استفاده شده است. استفاده از آند به عنوان زیرلایه موجب کاهش کلی مقاومت سیستم در دماهای بالا می شود. در نتیجه در این پروژه از NiO-YSZ به عنوان زیرلایه استفاده شده است. با بررسی تصویر میکروسکوپ الکترونی عرضی نمونه ی تهیه شده به روش چرخشی و غوطه وری، دریافتیم که لایه ها یکنواخت و از تراکم مناسب برخوردار می باشند. از آنالیز XRD مشخص شد که مواد استفاده شده به عنوان کاتد، الکترولیت و آند دارای خلوص بالا بوده و فازهای مورد نظر در ساختار این اجزا تشکیل شده است. به منظور آزمون پیل های ساخته شده، یک واحد آزمون تکی پیل سوختی، از جنس آلومینا ساخته شده که قابلیت قرارگیری در کوره، انتقال گازهای واکنش دهنده و جمع کنندگی جریان را دارد و ویژگی های پیل از قبیل: ولتاژ خروجی پیل، نمودار (I-V)، چگالی توان و طیف نگاری امپدانس، در دماهای مختلف به کمک دستگاه پتانسیومتر اندازه گیری گردید. استفاده از روش لایه نشانی ترکیبی (چرخشی و غوطه وری) برای ساخت پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای بر پایه آند، برای اولین بار با به کار گیری کاتد LCFN انجام شده است. پیل سوختی ساخته شده دارای زیرلایه آندی می باشد و لایه های الکترولیت و کاتد به ترتیب با ضخامت m?22 و 61 بر روی آن لایه نشانی شده اند. ولتاژ و چگالی توان خروجی پیل ساخته شده در دمای o C800 به ترتیب v8/0 و (mW/cm 2 )475 بدست آمده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی