تولید و مشخصه یابی کرومیت لانتانیم آلایش یافته مورد استفاده در اتصال دهنده های پیل سوختی اکسید جامد

در این پژوهش کرومیت لانتانیم آلایش یافته به دلیل خواص مطلوب به عنوان کاندیدای مناسب برای کاربرد در اتصال دهنده پیل سوختی اکسید جامد مورد توجه گرفت. چالش اساسی این دسته از مواد اتصال دهنده مشکلات تف جوشی و مخصوصاً تف جوشی همزمان با دیگر اجزای پیل می باشد. بنابراین هدف از این پژوهش تهیه یک لایه متراکم از کرومیت لانتانیم آلایش یافته روی آند متخلخل به روش تف جوشی همزمان است. بدین منظور نمونه های مختلفی از کرومیت لانتانیم آلایش یافته با استرانسیم، کلسیم و نیکل به روش گلایسین نیترات سنتز و مشخصه یابی شد که شامل دو ترکیب عمده la1-xsrxcr1-yniyo3 (0<x<0.3 و 0<y<0.2) و la1-x-ysrxcaycro3 (0<x<0.3 و 0<y<0.3) بود. نتایج بررسی ها نشان داد که سنتز پودر به روش گلایسین نیترات منجر به تولید پودری اسفنجی شکل می شود که پس از آسیاب به مدت 6 ساعت متوسط اندازه ذرات پودر به حدود 150 نانومتر می رسد. تمامی نمونه ها ساختار پروسکایتی کرومیت لانتانیم داشته و فقط نمونه های حاوی استرانسیم و کلسیم بالا، شامل فاز ثانویه کرومات (کرومات استرانسیم یا کلسیم) بودند. بر اساس بررسی آنالیز حرارتی نمونه ها فاز کرومات با توجه به ترکیب شیمیایی در محدوده 900 تا 1250 درجه سانتیگراد ذوب می گردد و این مذاب در مرحله تف جوشی به متراکم شدن نمونه ها کمک می کند. در ادامه پودر های تولیدی فشرده و سپس در دماهای 1400 و 1500 درجه سانتیگراد تف جوشی شدند. مکانیزم تف جوشی در نمونه های حاوی استرانسیم و یا کلسیم بالا مکانیزم تف جوشی فاز مذاب بود. هدایت الکتریکی نمونه ها در اتمسفر هوا و همچنین اتمسفر هیدروژن ارزیابی شد و نتایج نشان داد که هدایت نمونه ها از حداقل میزان هدایت لازم برای پیل سوختی اکسید جامد (1 زیمنس بر سانتیمتر) بالاتر است. مکانیزم هدایت در کرومیت لانتانیم آلایش یافته پلارون کوچک بود. در نهایت به بررسی تف جوشی همزمان کرومیت لانتانیم آلایش یافته و آند پرداخته شد. نتایج نشان داد که تف جوشی همزمان برای تمامی نمونه های کرومیت لانتانیم آلایش یافته موفقیت آمیز نبوده و لایه متراکم بدست نمی آید. بنابراین برای تهیه لایه متراکم از اتصال دهنده روی آند یک رویکرد جدید معرفی شد. به این صورت که از دو لایه استفاده شد که شامل یک لایه از جنس کرومیت لانتانیم آلایش یافته با میزان عنصر آلایش کم و فاقد فاز مذاب مانند ترکیب la1-xsrxcro3 (x<0.2) و لایه فوقانی کرومات کلسیم (cacro4) بود. با توجه به مکانیزم تف جوشی دیده شد که فاز کرومات موجود در نمونه ها به متراکم شدن آن ها کمک می کند و همچنین این فاز در زمینه کرومیت حل شده و جزئی از ساختار می شود لذا در حین تف جوشی لایه کرومات ذوب شده و علاوه بر متراکم کردن لایه زیرین، در آن نیز انحلال یافته و یک لایه متراکم با ترکیب la1-x-ysrxcaycro3 ایجاد می کند. نتایج بررسی ها نشان داد که لایه زیرین با ترکیب la0.8sr0.2cro3 و کرومات کلسیم با ضخامت برابر، پس از تف جوشی در 1400 درجه سانتیگراد لایه ای با بهترین تراکم و خواص ایجاد می کنند. مقاومت ویژه سطح در دمای 800 درجه سانتیگراد و در اتمسفر دوگانه (یک سمت هوا و یک سمت هیدروژن) برای لایه متراکم تولیدی به میزان 0089/0 اهم بر سانتیمتر مربع بدست آمد که در مقایسه با سایر انواع اتصال دهنده های سرامیکی کمترین مقدار را دارا بود.