بررسی هدایت الکتریکی کاتد کامپوزیتی LSM-۵۰wt.% YSZ۸ و مقایسهبا مدلسازی ریاضی

پیل های سوختی سرامیکی امروزه بسیار مورد توجه بوده و تلاش شده است با انتخاب مواد مناسب و فرآیند های تولید جدید، بازده تولید انرژی در آنها افزایش یابد. پیل های سوختی سرامیکی مشابه با دیگر انواع پیل های سوختی از سه لایه آند، الکترولیت و کاتد تشکیل می شود. در تحقیق حاضر هدایت الکتریکی کاتد کامپوزیتی LSM-۵۰wt.% YSZ۸ ، مورد استفاده در پیل های سوختی سرامیکی، بصورت تابعی از ریزساختار، ناشی از بکارگیری دماهای پخت مختلف، مورد بررسی قرار گرفته و سعی شده است مدلی ریاضی جهت پیش بینی این مشخصه مهم از ترکیب کاتد پیشنهاد شود. برای این منظور از مخلوط ترکیبات تجاری زیرکونیای پایدار شده با ایتریم (YSZ۸) و لانتانات استرانسیوم-منگنز با نسبت وزنی یک به یک استفاده شده است. مخلوط حاصل با اعمال فشار ۲۰۰ مگا پاسکال در قالبی به شکل مکعب مستطیل شکل دهی شد و به منظور ایجاد ریزساختارهایی با درصد تخلخل باقیمانده متفاوت، ترکیب LSM-۵۰wt.% YSZ۸ در محدوده دمایی ۱۱۰۰-۱۴۵۰oC به مدت ۵ ساعت سینتر شدند. بررسی ریز ساختار نمونه ها جهت تعیین کیفی میزان تخلخلهای باقیمانده و اندازه تقریبی آنها، با استفاده از تصویر برداری به روش SEM از سطح مقطع شکست نمونه ها انجام شد و دانسیته نمونه ها نیز به روش ارشمیدس تعیین شد. هدایت الکتریکی نمونه ها در محدوده دمایی۳۰۰-۹۰۰ oC به روش آنالیز پروب چهارتایی بررسی شد. نتایج نشان داد که در این کامپوزیتها با افزایش درصد حفره نه تنها هدایت الکتریکی کاهش می یابد بلکه تاثیر دمای اندازهگیری هدایت الکتریکی بر میزان هدایت الکتریکی اندازه گیری شده نیز کاهش می یابد. در ادامه مدلی ریاضی جهت تعیین تاثیر درصد حجمی حفره باقیمانده در ساختار الکترود کاتد بر روی هدایت الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت و با داده های آزمایشگاهی بدست آمده، مقایسه شد. نتایج نشان داد که تطابق مناسبی بین داده های آزمایشگاهی با مدل ارائه شده وجود دارد.

کلیدواژه ها:

کاتد ، هدایت الکتریکی ، مدلسازی ریاضی