SOFC Elektrolit İletkenliği: YSZ ve ScSZ
8YSZ, 11ScSZ ve 10Sc1CeSZ için bildirilmiş yedi iletkenlik değeri; her biri ölçüldüğü sıcaklık, atmosfer ve yoğunlaştırma rotasıyla çizildi. Aralıklar aralık olarak çizildi ve 8YSZ'nin skandiya ile stabilize edilmiş sınıfı geçtiği çalışma tabloda tutuldu; çünkü malzeme başına tek bir çizgi bu sorunun yanlış yanıtı olurdu.
Ölçüm sıcaklığına karşı bildirilen iletkenlik
Birkaç çalışmadan alınmış dört ayrı ölçüm sıcaklığı. Hiçbir şey birleştirilmedi, eğri uydurulmadı, ortalanmadı: her işaret, kaynağının belirttiği koşullarda bildirilmiş tek bir değer ya da tek bir aralıktır. Tam koşullarını okumak için bir işaretin üzerine gelin ya da klavyeyle o işarete geçin.
- 8YSZ
- 11ScSZ / 10Sc1CeSZ
- Bildirilen aralık — iki uç da bildirilmiş değerdir
- Geleneksel olmayan yoğunlaştırma (kıvılcım-plazma sinterlenmiş)
- *
- Bir çalışmada 10Sc1CeSZ 600 °C'de 0.019–0.046 S/cm ölçülürken, aynı çalışmada 8YSZ 0.059 S/cm ölçüldü — yani 8YSZ tüm skandiya aralığının üzerinde kaldı ve skandiya sonucu başlangıç tozuna göre iki kattan fazla değişti. Bir malzemenin özündeki avantajı işleme tümüyle silebilir; bu değerin ortalamaya karıştırılmak yerine grafikte kalmasının nedeni budur.
- SPS
- 800 °C'deki 0.134 S/cm değerine kıvılcım-plazma sinterlemeyle ulaşıldı. İçi boş işaretle çizildi ve yanındaki geleneksel sinterlenmiş aralığın dışında tutuldu; çünkü geleneksel olmayan bir yoğunlaştırma rotası, geleneksel sinterlenmiş bir peletle eşit koşullarda bir karşılaştırma değildir.
Bu grafikte, tasarım gereği bir geçiş sıcaklığı yok. İşaretleri birleştiren bir çizgi yok ve sıcaklık ekseni sürekli değil; dolayısıyla okunacak bir kesişme noktası da yok. Karşılaştırmamız, tek bir geçiş sıcaklığının bulunmadığını ve elektrolit kalınlığı ile hücre mimarisi belirtilmeden verilen her değerin yanıltıcı olduğunu açıkça söylüyor. Bunun yerine aşağıdaki ASR hesabını kullanın.
Yayılım işlemedir, kimya değil. 800 °C'de bildirilen 8YSZ iletkenliği kabaca 0.02 ile 0.134 S/cm arasına yayılır ve bu yayılımın neredeyse tamamı kompozisyon değil yoğunlaşma, tane boyutu ve tane sınırı kimyasıdır. Bir makaledeki değeri bir başkasındakiyle karşılaştırmak size çok az şey söyler; yalnızca benzer biçimde işlenmiş numuneler üzerindeki eşleştirilmiş ölçümler bir şey söyler.
Çizilen veriler
Aynı yedi değer tablo hâlinde: her değer ve her koşul, hiçbir şeyin üzerine gelmeye ve JavaScript'e gerek kalmadan okunabilir.
| Malzeme | Bildirilen iletkenlik | Sıcaklık | Atmosfer veya baz | Yoğunlaştırma | Değeri niteleyen kayıt |
|---|---|---|---|---|---|
| 8YSZ | ~0.1 S/cm | 1000 °C | Hava | Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş | Kaynak bu değeri yaklaşık olarak veriyor. |
| 8YSZ | 78 mS/cm = 0.078 S/cm | 850 °C | Hava | Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş | Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü. |
| 11ScSZ | 108 mS/cm = 0.108 S/cm | 850 °C | Hava | Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş | Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü. |
| 8YSZ | ~0.02–0.045 S/cm | 800 °C | Hava | Geleneksel sinterlenmiş | Aralık olarak bildirildi; yayılım kimyayı değil işlemeyi yansıtıyor. Kaynak bu değeri yaklaşık olarak veriyor. |
| 8YSZ | 0.134 S/cm | 800 °C | Hava | Kıvılcım-plazma sinterlenmiş | Geleneksel olmayan yoğunlaştırma kaynaklı aykırı değer — geleneksel sinterlenmiş değerlerle karşılaştırılabilir değil ve onların aralığına katılmadı. |
| 10Sc1CeSZ | 0.019–0.046 S/cm | 600 °C | Toplam iletkenlik | Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş | Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü. Başlangıç tozuna göre iki kattan fazla değişti. |
| 8YSZ | 0.059 S/cm | 600 °C | Toplam iletkenlik | Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş | Karşı örnek: burada 8YSZ, skandiya ile stabilize edilmiş sınıfın üzerinde ölçüldü. Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü. |
Her değer, altındaki literatüre atıf yapan YSZ ve ScSZ kılavuzumuzdaki karşılaştırma tablosundan aktarıldı. İki satır santimetre başına milisiemens cinsinden bildirilmişti ve iki birimde de gösteriliyor; bunun dışında hiçbir şey dönüştürülmedi, yuvarlanmadı veya birleştirilmedi.
Kalınlığınızın gerektirdiği iletkenlik
Elektrolitteki ohmik kayıp, onun alana özgü direnciyle belirlenir ve ASR = L/σ kalınlıkla iletkenliği birbirine bağlar. Yaygın olarak anılan bir elektrolit hedefi 0.15 Ω·cm² değeridir. Hücre mimarinizin zorladığı kalınlığı girin ve çalışma sıcaklığınızda ölçmek zorunda olduğunuz iletkenliği okuyun.
Anot destekli hücreler kabaca 5–15 µm aralığında çalışır ve manyetron saçtırmayla 3 µm gösterilmiştir. Elektrolit destekli katmanlar yaklaşık 75 µm'den birkaç yüz µm'ye kadar uzanır; 200–350 µm yaygın bir banttır.
0.15 Ω·cm² yaygın olarak anılan elektrolit hedefidir. Kayıp bütçeniz farklı yazılmışsa değiştirin.
Kılavuzdaki kalınlıklar
- Çalışma sıcaklığında gereken iletkenlik
- ≥ 0.100 S/cm
ASR = L/σ bağıntısından, 150 µm için ve 0.15 Ω·cm² bütçesi içinde. Bu, bir malzemeye değil bir ölçüme getirilen bir gereksinimdir: aynı kompozisyon, nasıl üretildiğine göre bu değerin iki yanına da düşer.
Bildirilen değerler buna karşı nerede duruyor
Her bildirilen değer ve bütçeniz içinde destekleyeceği kalınlık. Gereksinimi ortasına alan bir aralık, kısmen karşıladı olarak işaretlenir; çünkü veriler bunu söylüyor.
8YSZ ~0.1 S/cm — Gereksinimi karşılıyor
1000 °C · Hava · Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş · bu bütçede 150 µm destekler
Kaynak bu değeri yaklaşık olarak veriyor.
8YSZ 0.078 S/cm — Gereksinimin altında
850 °C · Hava · Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş · bu bütçede 117 µm destekler
Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü.
11ScSZ 0.108 S/cm — Gereksinimi karşılıyor
850 °C · Hava · Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş · bu bütçede 162 µm destekler
Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü.
8YSZ ~0.02–0.045 S/cm — Gereksinimin altında
800 °C · Hava · Geleneksel sinterlenmiş · bu bütçede 30–68 µm destekler
Aralık olarak bildirildi; yayılım kimyayı değil işlemeyi yansıtıyor. Kaynak bu değeri yaklaşık olarak veriyor.
8YSZ 0.134 S/cm — Gereksinimi karşılıyor
800 °C · Hava · Kıvılcım-plazma sinterlenmiş · bu bütçede 201 µm destekler
Geleneksel olmayan yoğunlaştırma kaynaklı aykırı değer — geleneksel sinterlenmiş değerlerle karşılaştırılabilir değil ve onların aralığına katılmadı.
10Sc1CeSZ 0.019–0.046 S/cm — Gereksinimin altında
600 °C · Toplam iletkenlik · Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş · bu bütçede 28–69 µm destekler
Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü. Başlangıç tozuna göre iki kattan fazla değişti.
8YSZ 0.059 S/cm — Gereksinimin altında
600 °C · Toplam iletkenlik · Yoğunlaştırma rotası belirtilmemiş · bu bütçede 88 µm destekler
Karşı örnek: burada 8YSZ, skandiya ile stabilize edilmiş sınıfın üzerinde ölçüldü. Aynı çalışmada diğer malzemeye karşı ölçüldü.
Spesifikasyonunuz için satır
Satın alınacak bir malzeme değil, yapılacak bir ölçüm olarak yazıldı. Bir yetkinlendirme planına ya da bir teklif talebine yapıştırın.
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.Bu sayıları bir tasarım hesabına taşımayın. Buradaki her değer bir başkasının peletine ait. İletkenliği kendi numunelerinizde, kendi çalışma sıcaklığınızda, ilgili atmosferde ve her aday tozun aynı biçimde işlenmiş numunelerinde ölçün — ve yaşlandırmadan sonra yeniden ölçün; çünkü 8YSZ iletkenliğinin 1000 °C'de 1.000 saat tavlamanın ardından kabaca %40 düştüğü bildirilmiştir.
Düz ScSZ, ara sıcaklık penceresinin içinde bir faz geçişi yaşar. Skandiya ile stabilize edilmiş zirkonya, yaklaşık 650 °C'de iletkenliği düşüren bir kübik-rombohedral (β-faz) geçişten geçer — tam da iletkenlik kazanmak için ScSZ'yi seçeceğiniz yerde. Bu geçişi baskılamak, 10Sc1CeSZ gibi ortak katkılı sınıfların var olma nedenidir; dolayısıyla düz ScSZ üzerinde 650 °C civarında ölçülmüş bir değer ortak katkılı bir sınıfa taşınmaz, tersi de geçerli değildir.