Церий, легированный гадолинием - Gadolinium-doped ceria

Церий, легированный гадолинием (GDC) (также известный как церий, допированный гадолинием, оксид церия, легированный гадолинием, оксид церия (IV), легированный гадолинием, и GCO, формула Gd: CeO2) это керамический электролит используется в твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ). Он имеет кубическую структуру и плотность около 7,2 г / см.3 в окисленной форме.[1] Это один из класса церия легированный электролиты с высшим ионная проводимость и ниже рабочие температуры (<700 ° C), чем у стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония,[2] материал, наиболее часто используемый в ТОТЭ. Поскольку YSZ требует рабочих температур 800–1000 ° C для достижения максимальной ионной проводимости, связанные с этим энергия и затраты делают GDC более оптимальным (даже «незаменимым»,[3] по мнению исследователей из Общество Фраунгофера ) материал для коммерчески жизнеспособных ТОТЭ.

Структура и свойства

Кислородные вакансии создаются при гадолиний (трехвалентный катион) вводится в оксид церия (CeO2, с Ce в степени окисления 4+) или при восстановлении CO или H2.[1] Высокая концентрация и подвижность вакансий оксидных ионов приводит к высокой ионной проводимости в этом материале. Помимо своей высокой ионной проводимости GDC является привлекательной альтернативой YSZ в качестве электролита из-за низкой реакционной способности и хороших химическая совместимость со многими смешанными проводниками катодные материалы.[4] Уровень примеси Gd обычно составляет от 10% до 20%. Большая часть чего-либо ТОТЭ исследователи и производители по-прежнему отдают предпочтение использованию YSZ по сравнению с CGO из-за того, что YSZ имеет превосходную прочность, и потому что GDC будет уменьшаться при высокой температуре при воздействии H2 или CO.[1]

Синтез

Методы синтеза включают осадки,[5] гидротермальная обработка, золь-гель, метод распыления пиролиза (SPT),[6] горение[7] и нанолитье[8] с использованием источников церия, таких как нитрат церия, аммиачная селитра церия,[9] оксалат церия, карбонат церия и гидроксид церия.[8] GDC был синтезирован в таких формах, как порошок, чернила, диски и наноматериалы (включая наночастица, нанокристаллы, нанопорошки и нанопроволоки).[10]

Приложения

Помимо SOFC, GDC имеет и другие применения:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Badwal, S.P.S .; Fini, D .; Ciacchi, F.T .; Munnings, C .; Kimpton, J. A .; Дреннан, Дж. (2013). «Структурная и микроструктурная стабильность электролита церия - гадолиния при воздействии восстанавливающих сред высокотемпературных топливных элементов». Журнал химии материалов A. 1 (36): 10768. Дои:10.1039 / c3ta11752a.
  2. ^ "Церия GDC, допированный гадолинией | AMERICAN ELEMENTS ® Поставщик и информация". Americanelements.com. 2010-08-24. Получено 2013-08-16.
  3. ^ "Публика". Publica.fraunhofer.de. Получено 2013-08-16.
  4. ^ Гарче, Юрген. и др., изд. Энциклопедия электрохимических источников энергии. Оксфорд: Новости, 2009.
  5. ^ «Сравнительное исследование среднего размера кристаллитов церия, легированного гадолинием, синтезированного различными методами» (PDF). Sbpmat.org.br. Получено 2013-08-16.
  6. ^ «Изготовление полуэлемента из оксида церия, легированного 10% Gd (GDC) / NiO-GDC для низкотемпературных или промежуточных твердооксидных топливных элементов с использованием распылительного пиролиза». Получено 2013-08-16.
  7. ^ Луо, Дэн; Ло, Чжунъян; Ю, Чуньцзян; Cen, Кефа (2007). "Исследование агломерации и уплотнения керамики церия, легированной гадолинием". Журнал редких земель. 25 (2): 163–167. Дои:10.1016 / S1002-0721 (07) 60066-0.
  8. ^ а б Россиньол, Эмма и др. «Нанокристаллы церия, легированные гадолинием, синтезированные из мезопористого кремнезема». J Nanopart Res (2008) 10: 369–375 Дои:10.1007 / s11051-007-9257-z
  9. ^ Halmenschlager, C.M .; Neagu, R .; Rose, L .; Malfatti, C.F .; Бергманн, К. П. (01.02.2013). «Влияние параметров процесса на метод распыления пиролиза, на синтез тонкой пленки легированного гадолинием церия». Бюллетень материаловедения. 48 (2): 207–213. Дои:10.1016 / j.materresbull.2012.09.073. ISSN  0025-5408.
  10. ^ Боккетта, Патриция; Сантамария, Моника; Ди Куарто, Франческо (2012). "Электроосаждение нанопроволок твердого раствора церия, легированного гадолинием". Журнал Электрохимического общества. Jes.ecsdl.org. 159 (5): E108 – E114. Дои:10.1149 / 2.005206jes.