This article is concerned with synthesis, characterisation and electrochemical application of the mixed conducting perovskite type oxide to electrode materials for solid oxide fuel cell. First, this review provides a comprehensive survey of the various synthetic methods such as solid state reaction, Pechini, glycine nitrate process and sol-gel methods for the preparation of perovskite type oxide powders. Subsequently, the electrical and microstructural properties of the mixed conducting oxides were discussed in detail. Finally, as electrochemical applications of the mixed conducting perovskite type oxides to electrode materials for solid oxide fuel cell, fundamentals of theoretical ac-impedance model for porous mixed conducting electrodes were introduced. Furthermore, the ac-impedance behaviour of porous and dense mixed conducting electrodes prepared by various synthetic methods was discussed.
Kyoung Jin Kim;Kwang Suk Joo;Kun Chul Shin;Keun Ho Auh;Kyo Seon Kim
한국결정성장학회지
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제9권5호
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pp.475-479
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1999
Langasite ($La_{3}Ga_{5}SiO_{14}$) was found to have wide application as a promising piezoelectric material. It has high thermal stability of the frequency and large electromechanical coupling factor. For the further development of new compounds with langasite type structure, powders in the La-Al-Si-O system were synthesized by a modified Pechini process. The evolution of the crystalline phase during calcination was studied using TG-DTA, XRD and TEM for the precursor powders. Decomposition proceeded via dehydration and removal of excess solvents at low temperatures ($T<500^{\circ}C$), followed by the crystallization of lanthanum aluminum silicate ($T>800^{\circ}C$) and phase transformation to $LaAlO_{3}$ phase ($T>1200^{\circ}C$). Transmission electron microscopy (TEM) of the calcined powders showed diffuse hollow rings corresponding to an amorphous phase at $800^{\circ}C$ and clear diffraction patterns corresponding to a crystalline phase from the P321 space group ($T<1200^{\circ}C$) and the R3m ($T<1200^{\circ}C$).
The performance of solid oxide fuel cells (SOFCs) is directly related to the electrocatalytic activity of composite electrodes in which triple phase boundaries (TPBs) of metallic catalyst, oxygen ion conducting support, and gas should be three-dimensionally maximized. The distribution morphology of catalytic nanoparticle dispersed on external surfaces is of key importance for maximized TPBs. Herein in situ grown nickel nanoparticle onto the surface of fluorite oxide is demonstrated employing gadolium-nickel co-doped ceria ($Gd0.2-xNixCe0.8O2-{\delta}$, GNDC) by reductive annealing. GNDC powders were synthesized via a Pechini-type sol-gel process while maximum doping ratio of Ni into the cerium oxide was defined by X-ray diffraction. Subsequently, NiO-GNDC composite were screen printed on the both sides of yttrium-stabilized zirconia (YSZ) pellet to fabricate the symmetrical half cells. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the polarization resistance was decreased when it was compared to conventional Ni-GDC anode and this effect became greater at lower temperature. Ex situ microstructural analysis using scanning electron microscopy after the reductive annealing exhibited the exsolution of Ni nanoparticles on the fluorite phases. The influence of Ni contents in GNDC on polarization characteristics of anodes were examined by EIS under H2/H2O atmosphere. Finally, the addition of optimized GNDC into the anode functional layer (AFL) dramatically enhanced cell performance of anode-supported coin cells.
고체산화물 연료전지(SOFC)에서 사용되는 연결재의 주 기능은 각 단위 셀의 연료극과 다음 셀의 공기극을 전기적으로 연결하여, 공기와 사용연료의 분리역할을 하기 위하여 사용된다. SOFC용 연결재는 다른 구성요소 소재보다, 높은 전자 전도성, 낮은 이온전도성, 우수한 기계 적강도가 요구되며, SOFC는 고온에서 작동되기 때문에, 상온에서 작동온도까지 다른 요소 소재들과 유사한 열팽창계수와 물리, 화학적으로 안정성이 요구된다. 현재 연결재 제조기술은 EVD, CVD, plasma spraying, tape casting 등 다양하게 연구되고 있으며, 본 연구는 세라믹 연결재 증착방법 중 저렴한 비용으로 대량 생산이 용이한 습식법(dip coaling)을 적용하여, 연료극 지지체식 flat-tube형 고체산화물 연료전지의 지지체를 위해 세라믹 연결재를 제조하고, 그 특성을 연구하였다. 세라믹 연결재로써 선정한 합성조성은 LaCr $O_3$에 Ca이 치환 고용된 L $a_{0.6}$C $a_{0.41}$Cr $O_3$으로 pechini법으로 합성하였다. 합성된 조성은 100$0^{\circ}C$에서 5시간 하소후 가속 Ball Milling하여 0.5$\mu\textrm{m}$의 평균입자크기를 얻을 수 있었다. XRD 상분석결과 perovskite상 (L $a_{1-x}$ Ca/x/Cr $O_3$)과 CaCr $O_4$를 얻을 수 있었다. slurry를 제조하여 막의 밀착성을 증진시키기 위해 sand blasting시킨 flat tube지지체에 진공펌프를 이용하여 소재내부와 외부의 압력차로 dip coating한 후, 140$0^{\circ}C$로 소결 하였다. coating 결과 박리현상은 없었으나, 표면과 단면의 SEM분석결과 다소 porous한 박막층이 형성되었으며, Ca이온이 지지체로 permeation되는 현상이 발생하였다. 이와 같은 결과로부터 보다 치밀한 박막생성을 위해, slurry 제조조건을 변화시켰으며, Ca이온의 migration을 막기 위해 barrier layer를 이용하였다 완전 소결된 지지체는 가스투과도와 전기전도도측정을 통하여 특성을 평가하였다.였다.다.
Nickel-doped lanthanum cobalt oxide (LaCo1-xNixO3-δ, LCN) was investigated as an alternative anode material for solid oxide fuel cells. To improve its catalytic activity for steam methane reforming (SMR) reaction, Ni2+ was substituted into Co3+ lattice in LaCoO3. LCN anode, synthesized using the Pechini method, reacts with yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte at high temperatures to form an electrochemically inactive phase such as La2Zr2O7. To minimize the interlayer by-products, the LCN was coated via a double-tape casting method on the Ni/YSZ anode as a catalytic functional layer. By increasing the Ni doping amount, oxygen vacancies in the LCN increased and the cell performance improved. CH4 fuel decomposed to H2 and CO via SMR reaction in the LCN functional layer. Hence, the LCN-coated Ni/YSZ anode exhibited better cell performance than the Ni/YSZ anode under H2 and CH4 fuels. LCN with 12 mol% of Ni (LCN12)-modified Ni/YSZ anode showed excellent long-term stability under H2 and CH4 conditions.
In this work, the hydration process and cytotoxicity of lab-synthesized experimental Portland cements (EPCs) were investigated for dental applications. For this purpose, EPCs were prepared using laboratory-synthesized clinker constituents, tricalcium silicate (C3S), dicalcium silicate (C2S), and tricalcium aluminate (C3A). C-A was prepared by the Pechini method, whereas C3S and C2S were synthesized by solid-state reactions. The phase compositions were characterized by X-ray diffraction (XRD) analysis, and the hydration process of the individual constituents and their combinations, with and without the addition of gypsum, was investigated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Furthermore, four EPC compositions were prepared using the lab-synthesized C-A, C3S, and C2S, and their hydration processes were examined by EIS, and their cytotoxicity to HPC and HIPC cells were tested by performing an XTT assay. None of the EPCs exhibited any significant cytotoxicity for 7 days, and no significant difference was observed in the cell viabilities of ProRoot MTA and EPCs. The results indicated that all the EPCs are sufficiently biocompatible with human dental pulp cells and can be potential substitutes for commercial dental cements.
The Powder characteristics and sintering behavior of $SiO_2$ coated $BaTiO_3$ were studied. $BaTiO_3$ powders were synthesized by the liquid mix method developed by Pechini, and silica coating was prepared by alkoxide hydrolysis method with TEOS and ethanol. The particle size of the $BaTiO_3$ powders was 35 nm and the thickness of the $SiO_2$ coating layer was 5 nm. As the $SiO_2$ content increased, the $SiO_2$ layers improved the powder dispersion by increasing electrostatic repulsion between the $BaTiO_3$ particles. Effects of MgO coating on microstructure and dielectric properties of $BaTiO_3$ have been studied compared with mechanically MgO mixed $BaTiO_3$. MgO coated $BaTiO_3$ particles were prepared by a homogeneous precipitation method using $MgCl_2\cdot 6H_2O$ and urea. MgO coated $BaTiO_3$ exhibited homogeneous microstructure compared with mixed samples. XRD analysis revealed that Mg substitution for the Ti site in the MgO mixed sample was much greater than in the coated one. Electrical properties of MgO mixed and coated $BaTiO_3$ were affected by the diffusion behavior of Mg in $BaTiO_3$ lattice.
In present work, $La_{0.8}Ca_{0.2}CrO_3$ (LCC) ceramic interconnect layer for SOFC was prepared by using thermal plasma spray coating process. The LCC powders were synthesized by Pechini method and calcined at the temperature of $1000^{\circ}C$. The prepared LCC powder was characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), particle counter, BET analysis, respectively. In addition, basic and essential properties of LCC layer coated by thermal plasma spray coating process such as the morphology of surface and cross section for coated layer, gas leak rate, and electrical conductivity were analyzed and discussed. Based on these experimental results, it can be concluded that the LCC layer coated by thermal plasma spray coating process can be suitable as a ceramic interconnect of SOFC operated at $800^{\circ}C$.
$LaCoO_3$ powders synthesized by Pechini process were pulverized by planetary ball-milling to decrease particle size and characterized as a catalyst in alkaline solution for oxygen reduction and evolution reaction (ORR & OER). The changes of physical properties, such as particle size distribution, surface area and electric conductivity, were analyzed as a function of ball-milling time. Also, the variations of the crystal structure and surface morphology of ball-milled powders were examined by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The electrochemically catalytic activities of the intrinsic $LaCoO_3$ powders decreased with increasing ball-milling time, but their electrochemical performance as an electrode improved by the increase of the surface area of the powder.
The monodisperse spherical $SiO_2$ particles were overcoated with $Y_2O_3:Eu^{3+}$ phosphor layers via a Pechini sol-gel process and the resulting $SiO_2@Y_2O_3:Eu^{3+}$ core-shell phosphors were subsequently annealed at $800^{\circ}C$ at an ambient atmosphere. The crystallographic structure, morphology, and luminescent property of core-shell structured $SiO_2@Y_2O_3:Eu^{3+}$ phosphors were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and photoluminescence (PL). The spherical, nonagglomerated $SiO_2$ particles prepared by a Stober method exhibited a relatively narrow size distribution in the range of 260-300 nm. The thickness of phosphor shell layer in the core-shell particles can be facilely controlled by varying the coating number of $Y_2O_3:Eu^{3+}$ phosphors. The core-shell structured $SiO_2@Y_2O_3:Eu^{3+}$ phosphors showed a strong red emission, which was dominated by the $^5D_0-^7F_2$ transition (610 nm) of $Eu^{3+}$ ion under the ultraviolet excitation (263 nm). The PL emission properties of $SiO_2@Y_2O_3:Eu^{3+}$ phosphors were also compared with pure $Y_2O_3:Eu^{3+}$ nanophosphors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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