SOFC-Elektrolytleitfähigkeit: YSZ oder ScSZ
Sieben berichtete Leitfähigkeitswerte für 8YSZ, 11ScSZ und 10Sc1CeSZ, jeder aufgetragen mit Temperatur, Atmosphäre und Verdichtungsroute, unter denen er gemessen wurde. Bereiche sind als Bereiche gezeichnet, und die Studie, in der 8YSZ die scandiastabilisierte Güte übertraf, bleibt enthalten — denn eine Linie je Werkstoff wäre die falsche Antwort auf diese Frage.
Berichtete Leitfähigkeit über der Messtemperatur
Vier diskrete Messtemperaturen aus mehreren Studien. Nichts ist verbunden, angepasst oder gemittelt: Jede Marke ist ein berichteter Wert oder ein berichteter Bereich, unter den Bedingungen, die ihre Quelle angibt. Zeigen Sie auf eine Marke oder springen Sie mit der Tastatur dorthin, um ihre vollständigen Bedingungen zu lesen.
- 8YSZ
- 11ScSZ / 10Sc1CeSZ
- Berichteter Bereich — beide Enden berichtet
- Nichtkonventionelle Verdichtung (SPS-gesintert)
- *
- In einer Studie ergab 10Sc1CeSZ 0.019–0.046 S/cm bei 600 °C, während 8YSZ in derselben Arbeit 0.059 S/cm ergab — 8YSZ lag damit über dem gesamten Scandia-Bereich, und das Scandia-Ergebnis schwankte mit dem Ausgangspulver um mehr als den Faktor zwei. Der intrinsische Vorteil eines Werkstoffs kann durch die Verarbeitung vollständig aufgehoben werden; deshalb bleibt dieser Wert im Diagramm, statt weggemittelt zu werden.
- SPS
- Der Wert 0.134 S/cm bei 800 °C wurde durch Spark-Plasma-Sintern erreicht. Er ist als hohle Marke gezeichnet und aus dem konventionell gesinterten Bereich daneben herausgehalten, weil eine nichtkonventionelle Verdichtungsroute kein gleichartiger Vergleich mit einem konventionell gesinterten Pressling ist.
In diesem Diagramm gibt es bewusst keine Übergangstemperatur. Keine Linie verbindet die Marken, und die Temperaturachse ist nicht stetig — es gibt also keinen Kreuzungspunkt zum Ablesen. Unser Vergleich sagt ausdrücklich, dass es keine einzelne Übergangstemperatur gibt und dass jeder Wert, der ohne Elektrolytdicke und Zellarchitektur genannt wird, irreführend ist. Nutzen Sie stattdessen die ASR-Rechnung unten.
Die Streuung ist Verarbeitung, nicht Chemie. Die berichtete 8YSZ-Leitfähigkeit bei 800 °C reicht von etwa 0.02 bis 0.134 S/cm, und nahezu diese ganze Streuung ist Verdichtung, Korngröße und Korngrenzenchemie und nicht Zusammensetzung. Ein Wert aus einer Arbeit gegen einen Wert aus einer anderen sagt sehr wenig; nur gepaarte Messungen an vergleichbar verarbeiteten Proben sagen etwas.
Die aufgetragenen Daten
Dieselben sieben Werte als Tabelle, damit jeder Wert und jede Bedingung ohne Zeigen und ohne JavaScript lesbar ist.
| Werkstoff | Berichtete Leitfähigkeit | Temperatur | Atmosphäre / Basis | Verdichtung | Einschränkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| 8YSZ | ~0.1 S/cm | 1000 °C | Luft | Verdichtungsroute nicht angegeben | Die Quelle nennt diesen Wert als Näherung. |
| 8YSZ | 78 mS/cm = 0.078 S/cm | 850 °C | Luft | Verdichtungsroute nicht angegeben | In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen. |
| 11ScSZ | 108 mS/cm = 0.108 S/cm | 850 °C | Luft | Verdichtungsroute nicht angegeben | In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen. |
| 8YSZ | ~0.02–0.045 S/cm | 800 °C | Luft | Konventionell gesintert | Als Bereich berichtet; die Streuung spiegelt Verarbeitung, nicht Chemie. Die Quelle nennt diesen Wert als Näherung. |
| 8YSZ | 0.134 S/cm | 800 °C | Luft | Spark-Plasma-gesintert | Ausreißer durch nichtkonventionelle Verdichtung — nicht vergleichbar mit den konventionell gesinterten Werten und nicht in deren Bereich eingerechnet. |
| 10Sc1CeSZ | 0.019–0.046 S/cm | 600 °C | Gesamtleitfähigkeit | Verdichtungsroute nicht angegeben | In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen. Schwankte mit dem Ausgangspulver um mehr als den Faktor zwei. |
| 8YSZ | 0.059 S/cm | 600 °C | Gesamtleitfähigkeit | Verdichtungsroute nicht angegeben | Gegenbeispiel: Hier lag 8YSZ über der scandiastabilisierten Güte. In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen. |
Jeder Wert ist aus der Vergleichstabelle unseres Leitfadens YSZ gegen ScSZ übernommen, die die zugrunde liegende Literatur zitiert. Zwei Zeilen wurden in Millisiemens pro Zentimeter berichtet und werden in beiden Einheiten gezeigt; sonst ist nichts umgerechnet, gerundet oder zusammengefasst.
Welche Leitfähigkeit Ihre Dicke verlangt
Der ohmsche Verlust im Elektrolyten wird von seinem flächenspezifischen Widerstand bestimmt, und ASR = L/σ verknüpft Dicke und Leitfähigkeit. Ein häufig genannter Zielwert für den Elektrolyten ist 0.15 Ω·cm². Geben Sie die Dicke ein, die Ihre Zellarchitektur erzwingt, und lesen Sie ab, welche Leitfähigkeit Sie dann bei Ihrer Betriebstemperatur messen müssen.
Anodengestützte Zellen liegen bei etwa 5–15 µm, und 3 µm sind per Magnetronsputtern demonstriert worden. Elektrolytgestützte Schichten reichen von rund 75 µm bis zu mehreren hundert, mit 200–350 µm als verbreitetem Band.
0.15 Ω·cm² ist der häufig genannte Zielwert für den Elektrolyten. Ändern Sie ihn, wenn Ihr Verlustbudget anders geschrieben ist.
Dicken aus dem Leitfaden
- Nötige Leitfähigkeit bei Betriebstemperatur
- ≥ 0.100 S/cm
Aus ASR = L/σ, für 150 µm innerhalb eines Budgets von 0.15 Ω·cm². Es ist eine Anforderung an eine Messung und nicht an einen Werkstoff: Dieselbe Zusammensetzung landet je nach Herstellung auf beiden Seiten davon.
Wie die berichteten Werte dagegen stehen
Jeder berichtete Wert und die Dicke, die er innerhalb Ihres Budgets tragen würde. Ein Bereich, der die Anforderung überspannt, wird als teilweise erfüllt gekennzeichnet, weil die Daten genau das sagen.
8YSZ ~0.1 S/cm — Erfüllt die Anforderung
1000 °C · Luft · Verdichtungsroute nicht angegeben · trägt 150 µm bei diesem Budget
Die Quelle nennt diesen Wert als Näherung.
8YSZ 0.078 S/cm — Unter der Anforderung
850 °C · Luft · Verdichtungsroute nicht angegeben · trägt 117 µm bei diesem Budget
In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen.
11ScSZ 0.108 S/cm — Erfüllt die Anforderung
850 °C · Luft · Verdichtungsroute nicht angegeben · trägt 162 µm bei diesem Budget
In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen.
8YSZ ~0.02–0.045 S/cm — Unter der Anforderung
800 °C · Luft · Konventionell gesintert · trägt 30–68 µm bei diesem Budget
Als Bereich berichtet; die Streuung spiegelt Verarbeitung, nicht Chemie. Die Quelle nennt diesen Wert als Näherung.
8YSZ 0.134 S/cm — Erfüllt die Anforderung
800 °C · Luft · Spark-Plasma-gesintert · trägt 201 µm bei diesem Budget
Ausreißer durch nichtkonventionelle Verdichtung — nicht vergleichbar mit den konventionell gesinterten Werten und nicht in deren Bereich eingerechnet.
10Sc1CeSZ 0.019–0.046 S/cm — Unter der Anforderung
600 °C · Gesamtleitfähigkeit · Verdichtungsroute nicht angegeben · trägt 28–69 µm bei diesem Budget
In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen. Schwankte mit dem Ausgangspulver um mehr als den Faktor zwei.
8YSZ 0.059 S/cm — Unter der Anforderung
600 °C · Gesamtleitfähigkeit · Verdichtungsroute nicht angegeben · trägt 88 µm bei diesem Budget
Gegenbeispiel: Hier lag 8YSZ über der scandiastabilisierten Güte. In derselben Studie gegen den anderen Werkstoff gemessen.
Die Zeile für Ihre Spezifikation
Geschrieben als eine Messung, die durchzuführen ist, und nicht als ein Werkstoff, der zu kaufen ist. Fügen Sie sie in einen Qualifizierungsplan oder eine RFQ ein.
Electrolyte ASR budget 0.15 Ω·cm² at 150 µm → required ionic conductivity ≥ 0.100 S/cm (ASR = L/σ). To be verified at the operating temperature on identically processed pellets of each candidate powder, not from literature values.Übernehmen Sie diese Zahlen nicht in eine Auslegungsrechnung. Jeder Wert hier ist der Pressling eines anderen. Messen Sie die Leitfähigkeit an Ihren eigenen Proben, bei Ihrer Betriebstemperatur, in der relevanten Atmosphäre, an identisch verarbeiteten Proben jedes Kandidatenpulvers — und messen Sie nach Alterung erneut, denn für 8YSZ ist ein Abfall der Leitfähigkeit um rund 40% nach 1,000 Stunden Auslagerung bei 1000 °C berichtet worden.
Reines ScSZ hat eine Umwandlung innerhalb des Mitteltemperaturfensters. Scandiastabilisiertes Zirkonoxid durchläuft bei etwa 650 °C eine kubisch-rhomboedrische Umwandlung (β-Phase), die die Leitfähigkeit senkt — genau dort, wo man ScSZ einsetzen würde, um sie zu gewinnen. Diese Umwandlung zu unterdrücken ist der Grund, weshalb co-dotierte Güten wie 10Sc1CeSZ existieren; ein Wert, der an reinem ScSZ nahe 650 °C gemessen wurde, überträgt sich daher nicht auf eine co-dotierte Güte, und umgekehrt auch nicht.