Condutividade do eletrólito de SOFC: YSZ vs ScSZ
Sete valores de condutividade reportados para 8YSZ, 11ScSZ e 10Sc1CeSZ, cada um plotado com a temperatura, a atmosfera e a rota de densificação sob as quais foi medido. As faixas são desenhadas como faixas e o estudo em que o 8YSZ superou o grau estabilizado com escândia é mantido, porque uma linha por material seria a resposta errada a esta pergunta.
Condutividade reportada em função da temperatura de medição
Quatro temperaturas de medição discretas, tiradas de vários estudos. Nada é conectado, ajustado ou promediado: cada marca é um valor reportado ou uma faixa reportada, nas condições que sua fonte informa. Aponte para uma marca, ou vá até ela com o teclado, para ler suas condições completas.
- 8YSZ
- 11ScSZ / 10Sc1CeSZ
- Faixa reportada — as duas pontas são valores reportados
- Densificação não convencional (sinterizado por plasma de faísca)
- *
- Em um estudo o 10Sc1CeSZ mediu 0.019–0.046 S/cm a 600 °C enquanto o 8YSZ mediu 0.059 S/cm no mesmo trabalho — então o 8YSZ ficou acima de toda a faixa de escândia, e o resultado de escândia variou por mais de um fator de dois com o pó de partida. A vantagem intrínseca de um material pode ser inteiramente apagada pelo processamento, e é por isso que este valor permanece no gráfico em vez de ser diluído em uma média.
- SPS
- O valor de 0.134 S/cm a 800 °C foi alcançado por sinterização por plasma de faísca. Ele é desenhado como um marcador vazado e mantido fora da faixa sinterizada convencionalmente ao lado dele, porque uma rota de densificação não convencional não é uma comparação equivalente com uma pastilha sinterizada convencionalmente.
Não há temperatura de cruzamento neste gráfico, por decisão. Nenhuma linha une as marcas e o eixo de temperatura não é contínuo, então não há ponto de cruzamento a ser lido. Nossa comparação é explícita em que não existe uma temperatura de cruzamento única e em que qualquer valor citado sem a espessura do eletrólito e a arquitetura da célula é enganoso. Use o cálculo de ASR abaixo em vez disso.
A dispersão é processamento, não química. A condutividade reportada do 8YSZ a 800 °C vai de cerca de 0.02 a 0.134 S/cm, e quase toda essa dispersão é densificação, tamanho de grão e química de contorno de grão, não composição. Um valor de um artigo contra um valor de outro diz muito pouco; só medições emparelhadas em amostras processadas de forma comparável dizem algo.
Os dados plotados
Os mesmos sete valores como tabela, para que cada valor e cada condição sejam legíveis sem apontar para nada e sem JavaScript.
| Material | Condutividade reportada | Temperatura | Atmosfera ou base | Densificação | O que qualifica o valor |
|---|---|---|---|---|---|
| 8YSZ | ~0.1 S/cm | 1000 °C | Ar | Rota de densificação não informada | A fonte cita este valor como aproximado. |
| 8YSZ | 78 mS/cm = 0.078 S/cm | 850 °C | Ar | Rota de densificação não informada | Medido contra o outro material no mesmo estudo. |
| 11ScSZ | 108 mS/cm = 0.108 S/cm | 850 °C | Ar | Rota de densificação não informada | Medido contra o outro material no mesmo estudo. |
| 8YSZ | ~0.02–0.045 S/cm | 800 °C | Ar | Sinterizado convencionalmente | Reportado como faixa; a dispersão reflete o processamento, não a química. A fonte cita este valor como aproximado. |
| 8YSZ | 0.134 S/cm | 800 °C | Ar | Sinterizado por plasma de faísca | Valor atípico por densificação não convencional — não comparável com os valores sinterizados convencionalmente, e não incorporado à faixa deles. |
| 10Sc1CeSZ | 0.019–0.046 S/cm | 600 °C | Condutividade total | Rota de densificação não informada | Medido contra o outro material no mesmo estudo. Variou por mais de um fator de dois com o pó de partida. |
| 8YSZ | 0.059 S/cm | 600 °C | Condutividade total | Rota de densificação não informada | Contraexemplo: aqui o 8YSZ mediu acima do grau estabilizado com escândia. Medido contra o outro material no mesmo estudo. |
Todo valor é transcrito da tabela de comparação do nosso guia de YSZ versus ScSZ, que cita a literatura subjacente. Duas linhas foram reportadas em milisiemens por centímetro e são mostradas nas duas unidades; nada mais foi convertido, arredondado ou combinado.
Que condutividade a sua espessura exige
A perda ôhmica através do eletrólito é fixada pela sua resistência específica de área, e ASR = L/σ amarra espessura e condutividade. Uma meta de eletrólito citada com frequência é 0.15 Ω·cm². Informe a espessura que a arquitetura da sua célula impõe e leia a condutividade que você então tem de medir na sua temperatura de operação.
Células suportadas em ânodo ficam em cerca de 5–15 µm, e 3 µm já foi demonstrado por pulverização por magnetron. Camadas suportadas em eletrólito vão de cerca de 75 µm a várias centenas, com 200–350 µm como faixa comum.
0.15 Ω·cm² é a meta de eletrólito citada com frequência. Mude se o seu orçamento de perdas estiver escrito de outra forma.
Espessuras do guia
- Condutividade exigida na temperatura de operação
- ≥ 0.100 S/cm
A partir de ASR = L/σ, para 150 µm dentro de um orçamento de 0.15 Ω·cm². É um requisito sobre uma medição e não sobre um material: a mesma composição cai dos dois lados dele conforme o modo como foi feita.
Como os valores reportados se posicionam frente a ele
Cada valor reportado, e a espessura que ele sustentaria dentro do seu orçamento. Uma faixa que atravessa o requisito é marcada como atendendo em parte, porque é o que os dados dizem.
8YSZ ~0.1 S/cm — Atende ao requisito
1000 °C · Ar · Rota de densificação não informada · sustenta 150 µm neste orçamento
A fonte cita este valor como aproximado.
8YSZ 0.078 S/cm — Abaixo do requisito
850 °C · Ar · Rota de densificação não informada · sustenta 117 µm neste orçamento
Medido contra o outro material no mesmo estudo.
11ScSZ 0.108 S/cm — Atende ao requisito
850 °C · Ar · Rota de densificação não informada · sustenta 162 µm neste orçamento
Medido contra o outro material no mesmo estudo.
8YSZ ~0.02–0.045 S/cm — Abaixo do requisito
800 °C · Ar · Sinterizado convencionalmente · sustenta 30–68 µm neste orçamento
Reportado como faixa; a dispersão reflete o processamento, não a química. A fonte cita este valor como aproximado.
8YSZ 0.134 S/cm — Atende ao requisito
800 °C · Ar · Sinterizado por plasma de faísca · sustenta 201 µm neste orçamento
Valor atípico por densificação não convencional — não comparável com os valores sinterizados convencionalmente, e não incorporado à faixa deles.
10Sc1CeSZ 0.019–0.046 S/cm — Abaixo do requisito
600 °C · Condutividade total · Rota de densificação não informada · sustenta 28–69 µm neste orçamento
Medido contra o outro material no mesmo estudo. Variou por mais de um fator de dois com o pó de partida.
8YSZ 0.059 S/cm — Abaixo do requisito
600 °C · Condutividade total · Rota de densificação não informada · sustenta 88 µm neste orçamento
Contraexemplo: aqui o 8YSZ mediu acima do grau estabilizado com escândia. Medido contra o outro material no mesmo estudo.
A linha para a sua especificação
Escrita como uma medição a ser feita e não como um material a ser comprado. Cole-a em um plano de qualificação ou em uma solicitação de cotação.
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.Não leve estes números para um cálculo de projeto. Todo valor aqui é a pastilha de outra pessoa. Meça a condutividade nas suas próprias amostras, na sua temperatura de operação, na atmosfera relevante, em amostras processadas de forma idêntica de cada pó candidato — e volte a medir após o envelhecimento, porque relatou-se que a condutividade do 8YSZ cai cerca de 40% após 1,000 horas de recozimento a 1000 °C.
O ScSZ puro tem uma transição dentro da janela de temperatura intermediária. A zircônia estabilizada com escândia sofre uma transição cúbica para romboédrica (fase β) em torno de 650 °C que reduz a condutividade — precisamente onde você adotaria o ScSZ para ganhá-la. Suprimir essa transição é a razão de existirem graus codopados como o 10Sc1CeSZ, então um valor medido em ScSZ puro perto de 650 °C não se transfere para um grau codopado, nem o contrário.