Влияние нанокомпозитных электродов на ионную проводимость частично стабилизированного диоксида циркония

Abstract

Методом анализа переходных процессов при постоянном токе исследована ионная проводимость в биполярных среднетемпературных ячейках с керамическим твердым электролитом 3Y–ЧСДЦ и различными газовыми электродами. В ячейке с нанокомпозитными электродами Ag/3Y–ЧСДЦ обнаружено повышение удельной проводимости до 5 раз по сравнению с такой же ячейкой со стандартными крупнозернистыми электродами на основе LaCrO₃ в обычном режиме работы SOFC и на 2 порядка при катодной поляризации в среднем диапазоне температур. Показано, что этот эффект целиком обусловлен ростом плотности носителей заряда сверх равновесной концентрации кислородных вакансий. Генерация избыточных носителей объясняется более интенсивными реакциями ионного обмена благодаря увеличению плотности тройных точек в наноструктурных электродах.

Методом аналізу перехідних процесів за постійного стру му досліджено іонну провідність у біполярних середньо-температурних комірках із керамічним твердим електролітом 3Y–ЧСДЦ і різними газовими електродами. У комірціз нанокомпозитними електродами Ag/3Y–ЧСДЦ виявлено підвищення питомої провідності до 5 разів порівняно з такою ж коміркою зі стандартними грубозернистими електродами на основі LaCrO₃ у звичайному режимі роботи SOFC та на 2 порядки за катодної поляризації в середньому діапазоні температур. Показано, що цей ефект цілком обумовлено зростанням щільності носіїв заряду понадрівноважну концентрацію кисневих вакансій. Генерація надлишкових носіїв пояснюється інтенсивнішими реакціями іонного обміну завдяки збільшенню щільності потрійних точок у наноструктурних електродах.

Ionic conduction in 3Y–PSZ based bipolar intermediatete mperature cells with different gas electrodes was studied using dc transient analysis. The cell with nanocomposite Ag/PSZ electrodes revealed up to five times increase in conductivity in the usual SOFC working mode and about two order increase in the cathode polarization mode as compared to the similar cell with conventional coarse-grained LaCrO3 based electrodes in the intermediate temperature range. It is shown that this effect can be entirely attributed to huge amount of extra charge carriers over equilibrium oxygen vacancy concentration. Generation of extra charge carriers can be related with enhanced ion exchange reactions due to highly increased density of triple points in nanostructured electrodes.