بهینه سازی پارامترهای فرآیند ریخته گری نواری زیرکونیا تثبیت شده با ایتریا به وسیله طراحی تاگوچی به عنوان الکترولیت پیل سوختی اکسید جامد

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

سارا پایدار ¹ , محمد حسین شریعت ² , سیروس جوادپور ³

1 - دانشجو دکتری، دانشکده مهندسی، بخش مهندسی مواد
2 - استاد، دانشگاه شیراز، دانشکده مهندسی، بخش مهندسی مواد
3 - استاد، دانشگاه شیراز، دانشکده مهندسی، بخش مهندسی مواد

تاريخ الإرسال : 20 الإثنين , جمادى الأولى, 1437 تاريخ التأكيد : 27 الخميس , صفر, 1439 تاريخ الإصدار : 01 الأربعاء , ذو الحجة, 1438

الکلمات المفتاحية: طراحی تاگوچی, ریخته گری نواری, الکترولیت, دانسیته,

ملخص المقالة :

در پژوهش حاضر، بهینه­سازی پارامترهای موثر در فرآیند ریخته­گری نواری برای تولید فیلم ضخیمی از ترکیب زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا (YSZ8)، جهت استفاده به عنوان الکترولیت جامد در پیل­های سوختی اکسید جامد (SOFC) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، طراحی تاگوچی با در نظر گرفتن خصوصیاتی از دوغاب و فیلم ایجاد شده شامل ویسکوزیته دوغاب و دانسیته خام نمونه­های تولیدی و متغیرهایی نظیر درصد فاز جامد، درصد چسب و نسبت پلاستیسایزر به چسب، استفاده شد. نتایج حاکی از آن است که درصد فاز جامد بیش‌ترین تاثیر را بر ویسکوزیته دوغاب و دانسیته خام دارد. لذا دوغابی حاوی حداکثر فاز جامد ممکن (65 درصد وزنی دوغاب) با درصدی مناسب از چسب (6 درصد وزنی فاز جامد مورد استفاده) و پلاستیسایزر (معادل درصد چسب مورد استفاده) که ویسکوزیته قابل قبولی را ایجاد نماید، می­تواند به عنوان دوغاب بهینه انتخاب شود. سپس نمونه تولید شده در شرایط بهینه، در دمای °C1450به مدت 2 ساعت سینتر گردید. دانسیته نهایی نمونه سینتر شده معادل 97 درصد دانسیته تئوری تعیین شد. هدایت یونی نمونه سینتر شده به روش طیف­نگاری امپدانس در محدوده دمایی 300 تا 800 درجه سانتی­گراد اندازه­گیری و معادل (Ω.cm)^{-1 5-}10×088/1 در دمای °C300 و                 (Ω.cm)^-12-10×27/2 در دمای °C800 تعیین شد.      

المصادر:

1-         R. V. Wandekar, B. N. Wani, and S. R. Bharadwaj, “Crystal structure, electrical conductivity, thermal expansion and compatibility studies of Co-substituted lanthanum strontium manganite system,” Solid State Sci., vol. 11, no. 1, pp. 240–250, 2009.

2-         T. Baquero, J. Escobar, J. Frade, and D. Hotza, “Aqueous tape casting of micro and nano YSZ for SOFC electrolytes,” Ceram. Int., vol. 39, no. 7, pp. 8279–8285, 2013.       

3-         B. Steele, “Fuel-cell technology: Running on natural gas,” Nature, vol. 400, no. August, pp. 619–621, 1999.

4-         S. Ramanathan and M. B. Kakade, “Aqueous slurry processing of monolithic films for SOFC – YSZ, LSM and YSZ–NiO systems,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 36, no. 22, pp. 14956–14962, 2011.

5-         M. Liu, D. Dong, R. Peng, J. Gao, J. Diwu, X. Liu, and G. Meng, “YSZ-based SOFC with modified electrode/electrolyte interfaces for operating at temperature lower than 650 °C,” J. Power Sources, vol. 180, no. 1, pp. 215–220, 2008.    

6-         M. Liu, Z. Liu, M. Liu, and L. Nie, “Fabrication and characterization of functionally-graded LSCF cathodes by tape casting,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 38, no. 2, pp. 1082–1087, 2013.    

7-         a. Kumar, P. S. Devi, and H. S. Maiti, “Effect of metal ion concentration on synthesis and properties of La0.84Sr0.16MnO3 cathode material,” J. Power Sources, vol. 161, no. 1, pp. 79–86, 2006.

8-         G. J. Li, Z. R. Sun, H. Zhao, C. H. Chen, and R. M. Ren, “Effect of temperature on the porosity, microstructure, and properties of porous La0.8Sr0.2MnO3 cathode materials,” Ceram. Int., vol. 33, no. 8, pp. 1503–1507, 2007.

9-         D. Hotza and P. Greil, “Review: aqueous tape casting of ceramic powders,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 202, no. 1–2, pp. 206–217, 1995.        

10-       M. P. Albano and L. B. Garrido, “Aqueous tape casting of yttria stabilized zirconia,” Mater. Sci. Eng. A-Structural Mater. Prop. Microstruct. Process., vol. 420, no. 1–2, pp. 171–178, 2006.

11-       L. H. Luo, A. I. Y. Tok, and F. Y. C. Boey, “Aqueous tape casting of 10mol%-Gd2O3-doped CeO2 nano-particles,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 429, no. 1–2, pp. 266–271, 2006.           

12-       J. Gurauskis, C. Baudín, and  a. J. Sánchez-Herencia, “Tape casting of Y-TZP with low binder content,” Ceram. Int., vol. 33, no. 6, pp. 1099–1103, 2007.

13-       K. Do Kim, D. W. Choi, Y.-H. Choa, and H. T. Kim, “Optimization of parameters for the synthesis of zinc oxide nanoparticles by Taguchi robust design method,” Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp., vol. 311, pp. 170–173, 2007.          

14-   ر. معمارزاده، س. جوادپور و ف. پناهی، " بهینه سازی عوامل موثر بر اندازه نانو ذرات اکسید قلع به روش تاگوچی"، مجله مواد نوین، جلد 2، شماره 3، ص 11-20، بهار 1391. 

15- M. Ghatee, M.H. Shariat, J.T.S. Irvine, “Investigation of electrical and mechanical properties of 3YSZ/8YSZ composite electrolytes,” Solid State Ionics, vol. 180, pp. 57–62, 2009.