SOFC 전해질 전도도: YSZ vs ScSZ
8YSZ, 11ScSZ, 10Sc1CeSZ의 보고 전도도 7개 값을 각각 측정 온도, 분위기, 치밀화 루트와 함께 표시했습니다. 범위로 보고된 값은 범위로 그렸고, 8YSZ가 스칸디아 안정화 등급보다 높게 나온 연구도 그대로 두었습니다. 소재마다 선 하나를 그리는 것은 이 질문에 대한 틀린 답이기 때문입니다.
측정 온도에 대한 보고 전도도
여러 연구에서 가져온 네 개의 이산 측정 온도입니다. 선으로 잇거나 피팅하거나 평균하지 않았습니다. 각 표식은 출처가 명시한 조건에서 보고된 하나의 값 또는 하나의 범위입니다. 표식에 포인터를 올리거나 키보드로 이동하면 전체 조건을 읽을 수 있습니다.
- 8YSZ
- 11ScSZ / 10Sc1CeSZ
- 보고 범위 — 양 끝 모두 보고값
- 비통상 치밀화 (방전 플라즈마 소결)
- *
- 어느 연구에서 10Sc1CeSZ는 600 °C에서 0.019–0.046 S/cm로, 같은 연구의 8YSZ는 0.059 S/cm로 측정되었습니다. 8YSZ가 스칸디아 범위 전체보다 높게 나온 것이고, 스칸디아 쪽 결과는 출발 분말에 따라 2배 이상 달라졌습니다. 소재가 본래 가진 우위는 공정으로 완전히 지워질 수 있습니다. 그래서 이 값을 평균으로 지우지 않고 차트에 남겨 두었습니다.
- SPS
- 800 °C의 0.134 S/cm 값은 방전 플라즈마 소결로 얻은 것입니다. 속이 빈 표식으로 그렸고, 옆의 통상 소결 범위에는 넣지 않았습니다. 비통상 치밀화 루트는 통상 소결 펠릿과 같은 조건의 비교가 아니기 때문입니다.
이 차트에는 교차 온도가 없습니다. 의도한 것입니다. 표식을 잇는 선이 없고 온도축이 연속이 아니므로, 읽어 낼 교차점이 없습니다. 저희 비교 글은 단일한 교차 온도가 존재하지 않으며, 전해질 두께와 셀 구조를 밝히지 않고 인용한 숫자는 오해를 부른다고 명시합니다. 대신 아래 ASR 계산을 쓰십시오.
산포는 화학이 아니라 공정에서 옵니다. 800 °C에서 보고된 8YSZ 전도도는 대략 0.02에서 0.134 S/cm에 걸쳐 있고, 그 산포의 거의 전부는 조성이 아니라 치밀화, 결정립 크기, 결정립계 화학에서 옵니다. 한 논문의 값과 다른 논문의 값을 맞대어 보는 것으로는 알 수 있는 것이 거의 없습니다. 비슷하게 가공한 시료를 같은 연구에서 짝지어 측정한 값만이 의미가 있습니다.
그래프에 쓴 데이터
같은 7개 값을 표로 실었습니다. 아무것도 가리키지 않고, JavaScript 없이도 모든 값과 모든 조건을 읽을 수 있습니다.
| 소재 | 보고 전도도 | 온도 | 분위기 또는 기준 | 치밀화 | 값에 붙는 단서 |
|---|---|---|---|---|---|
| 8YSZ | ~0.1 S/cm | 1000 °C | 대기 | 치밀화 루트 미기재 | 출처가 이 값을 근사값으로 제시합니다. |
| 8YSZ | 78 mS/cm = 0.078 S/cm | 850 °C | 대기 | 치밀화 루트 미기재 | 같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다. |
| 11ScSZ | 108 mS/cm = 0.108 S/cm | 850 °C | 대기 | 치밀화 루트 미기재 | 같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다. |
| 8YSZ | ~0.02–0.045 S/cm | 800 °C | 대기 | 통상 소결 | 범위로 보고된 값이며, 산포는 화학이 아니라 공정을 반영합니다. 출처가 이 값을 근사값으로 제시합니다. |
| 8YSZ | 0.134 S/cm | 800 °C | 대기 | 방전 플라즈마 소결 | 비통상 치밀화에 의한 이상값입니다. 통상 소결 값과 비교할 수 없으며, 그 범위에 합치지 않았습니다. |
| 10Sc1CeSZ | 0.019–0.046 S/cm | 600 °C | 총 전도도 | 치밀화 루트 미기재 | 같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다. 출발 분말에 따라 2배 이상 달라졌습니다. |
| 8YSZ | 0.059 S/cm | 600 °C | 총 전도도 | 치밀화 루트 미기재 | 반례입니다. 이 연구에서는 8YSZ가 스칸디아 안정화 등급보다 높게 측정되었습니다. 같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다. |
모든 값은 YSZ와 ScSZ 비교 가이드의 비교표에서 그대로 옮긴 것이며, 그 글이 원 문헌을 인용합니다. 두 행은 밀리지멘스 매 센티미터로 보고된 값이어서 두 단위로 함께 표시했습니다. 그 외에는 환산, 반올림, 통합을 하지 않았습니다.
두께가 요구하는 전도도
전해질의 오믹 손실은 면적비저항으로 정해지고, ASR = L/σ가 두께와 전도도를 연결합니다. 전해질 목표값으로 흔히 인용되는 값은 0.15 Ω·cm²입니다. 셀 구조가 강제하는 두께를 입력하면, 그 두께에서 운전 온도에서 실측해야 하는 전도도가 나옵니다.
연료극 지지형 셀은 대략 5–15 µm이고, 마그네트론 스퍼터링으로 3 µm까지 구현된 예가 있습니다. 전해질 지지형은 약 75 µm에서 수백 µm까지이며, 200–350 µm가 흔한 구간입니다.
0.15 Ω·cm²는 흔히 인용되는 전해질 목표값입니다. 손실 배분이 다르게 정해져 있으면 값을 바꾸십시오.
가이드에 실린 두께
- 운전 온도에서 요구되는 전도도
- ≥ 0.100 S/cm
ASR = L/σ에서, 150 µm 두께를 0.15 Ω·cm² 허용값 안에 넣었을 때의 값입니다. 소재에 대한 요구가 아니라 측정에 대한 요구입니다. 같은 조성이라도 만드는 방법에 따라 이 값의 양쪽에 모두 놓입니다.
보고된 값이 이 요구를 만족하는지
보고된 값 각각과, 그 값이 허용값 안에서 지탱할 수 있는 두께입니다. 요구값을 걸치고 있는 범위는 부분 만족으로 표시합니다. 데이터가 그렇게 말하고 있기 때문입니다.
8YSZ ~0.1 S/cm — 요구 만족
1000 °C · 대기 · 치밀화 루트 미기재 · 이 허용값에서 150 µm까지 가능
출처가 이 값을 근사값으로 제시합니다.
8YSZ 0.078 S/cm — 요구 미달
850 °C · 대기 · 치밀화 루트 미기재 · 이 허용값에서 117 µm까지 가능
같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다.
11ScSZ 0.108 S/cm — 요구 만족
850 °C · 대기 · 치밀화 루트 미기재 · 이 허용값에서 162 µm까지 가능
같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다.
8YSZ ~0.02–0.045 S/cm — 요구 미달
800 °C · 대기 · 통상 소결 · 이 허용값에서 30–68 µm까지 가능
범위로 보고된 값이며, 산포는 화학이 아니라 공정을 반영합니다. 출처가 이 값을 근사값으로 제시합니다.
8YSZ 0.134 S/cm — 요구 만족
800 °C · 대기 · 방전 플라즈마 소결 · 이 허용값에서 201 µm까지 가능
비통상 치밀화에 의한 이상값입니다. 통상 소결 값과 비교할 수 없으며, 그 범위에 합치지 않았습니다.
10Sc1CeSZ 0.019–0.046 S/cm — 요구 미달
600 °C · 총 전도도 · 치밀화 루트 미기재 · 이 허용값에서 28–69 µm까지 가능
같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다. 출발 분말에 따라 2배 이상 달라졌습니다.
8YSZ 0.059 S/cm — 요구 미달
600 °C · 총 전도도 · 치밀화 루트 미기재 · 이 허용값에서 88 µm까지 가능
반례입니다. 이 연구에서는 8YSZ가 스칸디아 안정화 등급보다 높게 측정되었습니다. 같은 연구에서 다른 소재와 짝지어 측정한 값입니다.
규격서에 넣을 문구
구매할 소재가 아니라 수행할 측정으로 썼습니다. 승인 계획서나 RFQ에 붙여 넣으십시오.
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.이 숫자를 설계 계산에 그대로 가져가지 마십시오. 여기 있는 값은 모두 남의 펠릿입니다. 전도도는 직접 만든 시료로, 운전 온도에서, 해당 분위기에서, 후보 분말마다 동일하게 가공한 시료로 측정하십시오. 그리고 열화 후에 다시 측정하십시오. 8YSZ의 전도도는 1000 °C에서 1,000시간 어닐링한 뒤 약 40% 떨어진 사례가 보고되어 있습니다.
순 ScSZ는 중온 구간 안에서 상전이를 일으킵니다. 스칸디아 안정화 지르코니아는 650 °C 부근에서 입방정에서 능면체정(β상)으로 상전이하며 전도도가 떨어집니다. 전도도를 얻으려고 ScSZ를 채택하는 바로 그 지점입니다. 10Sc1CeSZ 같은 공도핑 등급이 존재하는 이유가 이 전이를 억제하기 위한 것이므로, 순 ScSZ에서 650 °C 부근에서 측정한 값은 공도핑 등급에 그대로 적용되지 않고, 그 반대도 성립하지 않습니다.