Conducibilità dell'elettrolita SOFC: YSZ o ScSZ
Sette valori di conducibilità riportati per 8YSZ, 11ScSZ e 10Sc1CeSZ, ciascuno tracciato con la temperatura, l'atmosfera e la via di densificazione con cui è stato misurato. Gli intervalli sono disegnati come intervalli e lo studio in cui l'8YSZ ha superato il grado stabilizzato alla scandia resta dentro, perché una sola linea per materiale sarebbe la risposta sbagliata a questa domanda.
Conducibilità riportata in funzione della temperatura di misura
Quattro temperature di misura discrete, tratte da studi diversi. Nulla è collegato, interpolato o mediato: ogni marca è un valore riportato o un intervallo riportato, alle condizioni indicate dalla sua fonte. Puntate una marca, o raggiungetela da tastiera, per leggerne le condizioni complete.
- 8YSZ
- 11ScSZ / 10Sc1CeSZ
- Intervallo riportato — entrambi gli estremi sono valori riportati
- Densificazione non convenzionale (sinterizzato al plasma di scintilla)
- *
- In uno studio il 10Sc1CeSZ ha misurato 0.019–0.046 S/cm a 600 °C mentre l'8YSZ ha misurato 0.059 S/cm nello stesso lavoro — quindi l'8YSZ si è collocato sopra tutto l'intervallo della scandia, e il risultato sulla scandia è variato di più di un fattore due con la polvere di partenza. Il vantaggio intrinseco di un materiale può essere cancellato del tutto dal processo, ed è per questo che questo valore resta sul grafico invece di essere annullato in una media.
- SPS
- Il valore di 0.134 S/cm a 800 °C è stato raggiunto per sinterizzazione al plasma di scintilla. È disegnato come marcatore vuoto e tenuto fuori dall'intervallo sinterizzato convenzionalmente che gli sta accanto, perché una via di densificazione non convenzionale non è un confronto alla pari con una pastiglia sinterizzata convenzionalmente.
In questo grafico non c'è una temperatura di incrocio, ed è voluto. Nessuna linea unisce le marche e l'asse delle temperature non è continuo, quindi non c'è alcun punto di incrocio da leggere. Il nostro confronto è esplicito nel dire che non esiste una singola temperatura di incrocio e che qualsiasi valore citato senza lo spessore dell'elettrolita e l'architettura della cella è fuorviante. Usate invece il calcolo dell'ASR qui sotto.
La dispersione è processo, non chimica. La conducibilità riportata dell'8YSZ a 800 °C va da circa 0.02 a 0.134 S/cm, e quasi tutta quella dispersione è densificazione, dimensione dei grani e chimica dei bordi di grano, non composizione. Un valore preso da un articolo contro un valore preso da un altro dice molto poco; lo dicono solo misure appaiate su campioni lavorati in modo comparabile.
I dati tracciati
Gli stessi sette valori in tabella, così ogni valore e ogni condizione sono leggibili senza puntare nulla e senza JavaScript.
| Materiale | Conducibilità riportata | Temperatura | Atmosfera o base | Densificazione | Cosa qualifica il valore |
|---|---|---|---|---|---|
| 8YSZ | ~0.1 S/cm | 1000 °C | Aria | Via di densificazione non indicata | La fonte cita questo valore come approssimato. |
| 8YSZ | 78 mS/cm = 0.078 S/cm | 850 °C | Aria | Via di densificazione non indicata | Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio. |
| 11ScSZ | 108 mS/cm = 0.108 S/cm | 850 °C | Aria | Via di densificazione non indicata | Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio. |
| 8YSZ | ~0.02–0.045 S/cm | 800 °C | Aria | Sinterizzazione convenzionale | Riportato come intervallo; la dispersione riflette il processo, non la chimica. La fonte cita questo valore come approssimato. |
| 8YSZ | 0.134 S/cm | 800 °C | Aria | Sinterizzato al plasma di scintilla | Valore anomalo da densificazione non convenzionale — non confrontabile con i valori sinterizzati convenzionalmente, e non incluso nel loro intervallo. |
| 10Sc1CeSZ | 0.019–0.046 S/cm | 600 °C | Conducibilità totale | Via di densificazione non indicata | Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio. Variato di più di un fattore due con la polvere di partenza. |
| 8YSZ | 0.059 S/cm | 600 °C | Conducibilità totale | Via di densificazione non indicata | Controesempio: qui l'8YSZ ha misurato sopra il grado stabilizzato alla scandia. Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio. |
Ogni valore è trascritto dalla tabella di confronto della nostra guida YSZ o ScSZ, che cita la letteratura di riferimento. Due righe erano riportate in millisiemens per centimetro e sono mostrate in entrambe le unità; nient'altro è stato convertito, arrotondato o combinato.
Quale conducibilità richiede il vostro spessore
La perdita ohmica attraverso l'elettrolita è fissata dalla sua resistenza specifica di area, e ASR = L/σ lega spessore e conducibilità. Un obiettivo di elettrolita citato di frequente è 0.15 Ω·cm². Inserite lo spessore che l'architettura della vostra cella impone e leggete la conducibilità che dovete allora misurare alla vostra temperatura di esercizio.
Le celle a supporto anodico stanno intorno a 5–15 µm, e 3 µm è stato dimostrato per sputtering a magnetron. Gli strati a supporto di elettrolita vanno da circa 75 µm a diverse centinaia, con 200–350 µm come fascia comune.
0.15 Ω·cm² è l'obiettivo di elettrolita citato di frequente. Cambiatelo se il vostro budget di perdite è scritto diversamente.
Spessori dalla guida
- Conducibilità richiesta alla temperatura di esercizio
- ≥ 0.100 S/cm
Da ASR = L/σ, per 150 µm entro un budget di 0.15 Ω·cm². È un requisito su una misura più che su un materiale: la stessa composizione finisce su entrambi i lati a seconda di come è stata prodotta.
Come si collocano i valori riportati rispetto a esso
Ogni valore riportato, e lo spessore che sosterrebbe entro il vostro budget. Un intervallo che attraversa il requisito è segnato come conforme in parte, perché è quello che dicono i dati.
8YSZ ~0.1 S/cm — Soddisfa il requisito
1000 °C · Aria · Via di densificazione non indicata · sostiene 150 µm con questo budget
La fonte cita questo valore come approssimato.
8YSZ 0.078 S/cm — Sotto il requisito
850 °C · Aria · Via di densificazione non indicata · sostiene 117 µm con questo budget
Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio.
11ScSZ 0.108 S/cm — Soddisfa il requisito
850 °C · Aria · Via di densificazione non indicata · sostiene 162 µm con questo budget
Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio.
8YSZ ~0.02–0.045 S/cm — Sotto il requisito
800 °C · Aria · Sinterizzazione convenzionale · sostiene 30–68 µm con questo budget
Riportato come intervallo; la dispersione riflette il processo, non la chimica. La fonte cita questo valore come approssimato.
8YSZ 0.134 S/cm — Soddisfa il requisito
800 °C · Aria · Sinterizzato al plasma di scintilla · sostiene 201 µm con questo budget
Valore anomalo da densificazione non convenzionale — non confrontabile con i valori sinterizzati convenzionalmente, e non incluso nel loro intervallo.
10Sc1CeSZ 0.019–0.046 S/cm — Sotto il requisito
600 °C · Conducibilità totale · Via di densificazione non indicata · sostiene 28–69 µm con questo budget
Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio. Variato di più di un fattore due con la polvere di partenza.
8YSZ 0.059 S/cm — Sotto il requisito
600 °C · Conducibilità totale · Via di densificazione non indicata · sostiene 88 µm con questo budget
Controesempio: qui l'8YSZ ha misurato sopra il grado stabilizzato alla scandia. Misurato contro l'altro materiale nello stesso studio.
La riga per la vostra specifica
Scritta come una misura da eseguire e non come un materiale da acquistare. Incollatela in un piano di qualifica o in una richiesta di preventivo.
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.Non portate questi numeri in un calcolo di progetto. Ogni valore qui è la pastiglia di qualcun altro. Misurate la conducibilità sui vostri campioni, alla vostra temperatura di esercizio, nell'atmosfera pertinente, su campioni lavorati in modo identico per ogni polvere candidata — e rimisurate dopo l'invecchiamento, perché è stato riportato che la conducibilità dell'8YSZ cala di circa il 40% dopo 1,000 ore di ricottura a 1000 °C.
Lo ScSZ puro ha una transizione dentro la finestra di temperatura intermedia. La zirconia stabilizzata alla scandia subisce una transizione da cubica a romboedrica (fase β) attorno ai 650 °C che riduce la conducibilità — proprio dove adottereste lo ScSZ per guadagnarla. Sopprimere quella transizione è la ragione per cui esistono gradi co-drogati come il 10Sc1CeSZ, quindi un valore misurato su ScSZ puro vicino ai 650 °C non si trasferisce a un grado co-drogato, né viceversa.