ساخت و مطالعه خواص ساختاری و الکتروشیمیایی کاتدهای بر پایه ی باریوم (پیل سوختی اکسید جامد)

پیل سوختی یک وسیله الکتروشیمیایی است که به طور مستقیم انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. هر پیل سوختی شامل سه جزء اصلی است کاتد، الکترولیت و آند، سوخت از سمت آند و اکسید کننده از سمت کاتد وارد می شوند. یک پیل سوختی تا زمانی که سوخت واکسید کننده مورد استفاده در آن تأمین شود به طور پیوسته کار می کند. اکسید کننده در پیل سوختی، اکسیژن است. سوخت در آند، الکترون از دست می دهد و به یون تبدیل می شود، الکترونها از مدار خارجی به سمت کاتد هدایت می شوند. در کاتد اکسیژن با الکترونهای ورودی از مدار خارجی ترکیب شده و یون اکسید را تشکیل می دهد. بسته به نوع پیل سوختی، یون اکسید یا کاتیون از الکترولیت عبور کرده و در فصل مشترک الکترود ـ الکترولیت واکنش داده و آب تولید می کنند. تنها محصول اضافی در پیل های سوختی، علاوه بر الکتریسته، آب است. به طوری که پیل های سوختی برای محیط زیست نسبت به استفاده از سوختهای فسیلی آلودگی ناچیزی دارند. پیل های سوختی بر حسب نوع ماده الکترولیتی که استفاده می-کنند دسته بندی می شوند. یکی از انواع پیل سوختی، پیل سوختی اکسید جامد است. دمای کاری آن است و الکترولیت آن سرامیکی است. بالا بودن دمای کاری پیل سوختی اکسید جامد نیاز به کاتالیزور برای انجام نیم واکنش ها در الکترودها را حذف می کند. همچنین از گرمای حاصل از آن علاوه بر الکتریسته تولید شده، می توان استفاده کرد که باعث بالا رفتن بازده این نوع پیل سوختی است. اما دمای بالا نیز معایبی از لحاظ فنی و اقتصادی دارد، بنابراین تلاش برای کاهش دمای کاری این نوع پیل سوختی به طوری که از عملکرد آن کاسته نشود، افزایش یافته است. یکی از راه های کاهش دما، انتخاب مواد جایگزین مناسب برای ساخت اجزای پیل سوختی است. یک ماده سرامیکی است که دارای خاصیت رسانندگی دوگانه یونی و الکترونیکی است. از آن در ساخت پیل های سوختی دمای میانی استفاده می شود. ما در این پژوهش پس از ساخت این ماده،آن را به عنوان کاتد پیل سوختی مورد بررسی قرار دادیم. ساختار آن را در دمای اتاق با استفاده از پراش اشعه x و تصویر برداری sem مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که این ماده، تک فاز و دارای ساختار پروسکایت مکعبی است. اندازه گیری مقاومت الکتریکی نمونه با روش 4 میله ای از محدوده دمای اتاق تا انجام شد. کاهش مقاومت 99 درصدی از دمای اتاق تا دمای مشاهده شد. در بررسی خواص الکتروشیمیایی نمونه، ضریب پخش شیمیایی، ، و انرژی فعالسازی برای پرش پلارونهای کوچک در مکانیسم رسانش با استفاده از معادله آرنیوس محاسبه شد. نتایج نشان داد که با افزایش دما، افزایش می یابد و نمودار بر حسب به صورت خطی با شیب منفی رفتار می کند. تمام نتایج بدست آمده در این پژوهش با مقالات چاپ شده همخوانی دارند.