Ceria dopovaná gadoliniem - Gadolinium-doped ceria

Ceria dopovaná gadoliniem (GDC) (známé alternativně jako ceria dopovaná gadolinií, oxid ceričitý dopovaný gadoliniem, oxid ceričitý, dopovaný gadoliniem, a GCO, vzorec Gd: CeO2) je keramický elektrolyt použito v palivové články na tuhý oxid (SOFC). Má kubickou strukturu a hustotu kolem 7,2 g / cm3 v oxidované formě.[1] Je to jedna ze třídy ceria -doped elektrolyty s vyšší iontová vodivost a nižší provozní teploty (<700 ° C) než u ytriom stabilizovaný zirkon,[2] materiál nejčastěji používaný v SOFC. Protože YSZ vyžaduje pro dosažení maximální iontové vodivosti provozní teploty 800–1000 ° C, související energie a náklady činí GDC optimálnějším (dokonce „nenahraditelným“,[3] podle výzkumníků z Fraunhoferova společnost ) materiál pro komerčně životaschopné SOFC.

Struktura a vlastnosti

Volná místa pro kyslík se vytvářejí, když gadolinium (trojmocný kation) se zavádí do ceria (CeO2, s Ce v oxidačním stavu 4+) nebo při redukci CO nebo H2.[1] Vysoká koncentrace a mobilita volných míst oxidových iontů vede k vysoké iontové vodivosti v tomto materiálu. Kromě vysoké iontové vodivosti je GDC atraktivní alternativou k YSZ jako elektrolyt díky nízké reaktivitě a dobré chemická kompatibilita s mnoha smíšenými dirigováními katodové materiály.[4] Dopantové hladiny Gd se obvykle pohybují od 10% do 20%. Většina SOFC vědci a výrobci stále upřednostňují použití YSZ před CGO, protože YSZ má vyšší pevnost a protože GDC se při vystavení H sníží při vysoké teplotě2 nebo CO.[1]

Syntéza

Zahrnuty jsou způsoby syntézy srážky,[5] hydrotermální úprava, sol-gel, technika postřikové pyrolýzy (SPT),[6] spalování[7] a nanocasting[8] pomocí zdrojů ceru, jako je dusičnan ceričitý, ceričnan amonný,[9] oxalát ceru uhličitan ceru a hydroxid ceru.[8] GDC byl syntetizován v takových formách jako prášek, inkoust, disky a nanomateriály (počítaje v to nanočástice, nanokrystaly, nanoprášek a nanodráty).[10]

Aplikace

Kromě SOFC má GDC i další využití:

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Badwal, S. P. S .; Fini, D .; Ciacchi, F. T .; Munnings, C .; Kimpton, J. A .; Drennan, J. (2013). "Strukturální a mikrostrukturální stabilita elektrolytu ceria - gadolinia vystaveného redukčnímu prostředí vysokoteplotních palivových článků". Journal of Materials Chemistry A. 1 (36): 10768. doi:10.1039 / c3ta11752a.
  2. ^ "Gadolinia dopovaná Ceria GDC | AMERICAN ELEMENTS ® Dodavatel a informace". Americanelements.com. 2010-08-24. Citováno 2013-08-16.
  3. ^ "Publica". Publica.fraunhofer.de. Citováno 2013-08-16.
  4. ^ Garche, Jurgen. et al., ed. Encyklopedie elektrochemických zdrojů energie. Oxford: Newnes, 2009.
  5. ^ „Srovnávací studie pro průměrnou velikost krystalitů gadoliniem dopovaného ceru syntetizovaného různými metodami“ (PDF). Sbpmat.org.br. Citováno 2013-08-16.
  6. ^ „Výroba 10% Gd-dopovaného ceria (GDC) / NiO-GDC poločlánku pro palivové články na bázi pevných oxidů s nízkou nebo střední teplotou pomocí sprejové pyrolýzy. Citováno 2013-08-16.
  7. ^ Luo, Dan; Luo, Zhongyang; Yu, Chunjiang; Cen, Kefa (2007). „Studie o aglomeraci a chování při zhutňování keramiky dopované gadoliniem“. Journal of Rare Earths. 25 (2): 163–167. doi:10.1016 / S1002-0721 (07) 60066-0.
  8. ^ A b Rossinyol, Emma a kol. „Gadolinium dopované Ceria nanokrystaly syntetizované z mezoporézní křemene.“ J Nanopart Res (2008) 10: 369–375 doi:10.1007 / s11051-007-9257-z
  9. ^ Halmenschlager, C. M .; Neagu, R .; Rose, L .; Malfatti, C. F .; Bergmann, C. P. (01.02.2013). „Vliv parametrů procesu na techniku ​​rozprašovací pyrolýzy, na syntézu tenkého filmu dotovaného gadoliniem ceria“. Bulletin materiálového výzkumu. 48 (2): 207–213. doi:10.1016 / j.materresbull.2012.09.073. ISSN  0025-5408.
  10. ^ Bocchetta, Patrizia; Santamaria, Monica; Di Quarto, Francesco (2012). „Elektrodepozice podporovaných nanodrátů Ceria Solid Solution nanodrátů podporovaných gadoliniem“. Journal of the Electrochemical Society. Jes.ecsdl.org. 159 (5): E108 – E114. doi:10.1149 / 2.005206jes.