Yttria-stabilized zirconia (YSZ)-based micro tubular SOFC single cells were fabricated by electrophoretic deposition (EPD) process. Stable slurries for the EPD process were prepared by adding phosphate ester (PE) as a dispersant in order to control the pH, conductivity, and zeta-potential. NiO-YSZ anode support, NiO-YSZ anode functional layer (AFL), and YSZ electrolyte were consecutively deposited on a graphite rod using the EPD process; materials were then co-sintered at $1400^{\circ}C$ for 4 h. The thickness of the deposited layer increased with increasing of the applied voltage and the deposition time. A YSZ-based micro tubular single cell fabricated by the EPD process exhibited a maximum power density of $0.3W/cm^2$ at $750^{\circ}C$.
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.
$\beta$-Sialon powder was synthesized by the simultaneous reduction and nitridation of the mixed powder of Hadong kaolin and Kimcheon quartzite, using graphite as a reducing agent. The synthesized $\beta$-Sialon powder (Z=1) was hot-pressed at 175$0^{\circ}C$, for 90min under 30MPa in N2 atmosphere, after Yttria and YAG composition material were added as sintering agents. The effects of grain-boundary crystallization on high-temperature mechanical properties of $\beta$-Sialon ceramics were investigated. Strength degradation was observed at above 1,00$0^{\circ}C$ for the $\beta$-Sialon (Z=1)-8wt% Y2O3 composition, but it was not observed up to 1,20$0^{\circ}C$ for the $\beta$-Sialon-8wt% YAG composition which was annealed at 1,40$0^{\circ}C$ for 4 hours in N2 atmosphere. After the $\beta$-Sialon-8wt% YAG composition was annealed, the decrease of fracture toughness was observed.
Zirconia polycrystals co-doped with x mol% CaO and (10-x) mol% $Y_2O_3$ were prepared by solid state reaction method. The compositions were chosen for nominally the same oxygen vacancy concentration of 5 mol%. X-ray diffraction patterns indicated the formation of cubic zirconia by heat treatment at $1600^{\circ}C$. Impedance spectroscopy was applied to deconvolute the bulk and grain boundary response. Electrical conductivity was measured using the complex impedance technique from 516 to 874 K in air. Maximum conductivity was exhibited by the composition with equal amounts of CaO and $Y_2O_3$, which may be ascribed to the smaller degree of defect-interactions in that composition due to the competition of different ordering schemes between the two systems. When compared to the composition containing $Y_2O_3$ only, co-doping of CaO increases the grain boundary resistance considerably. The activation energy of grain and grain boundary conductivity was 1.1 eV and 1.2 eV, respectively, with no appreciable dependence on dopant compositions.
Ion-beam assisted deposition (IBAD) technology has been successfully applied to high-temperature superconductor coated conductors (CC) as textured substrates. Since the coated conductors were proposed as a potential framework for utilizing the superior transport characteristics of $YBa_2Cu_3O_7$ and related cuprate oxides, several methods including rolling-assisted bi-axial textured substrates (RABiTS) and inclined substrate deposition (ISD), as well as IBAD, have been attempted. As of 2016, most companies that are trying to commercialize CC adapt IBAD technology except for American Superconductors who use RABiTS predominantly. For the materials in the IBAD process, initial efforts to use yttria-stabilized zirconia (YSZ) or related fluorites in Fujikura in Japan have quickly given way to MgO which technique was developed by Stanford University in the USA. In this review, we present a historical overview of IBAD technology, in particular, for the application of CC. We describe the key scientific understanding of nucleation, the texturing mechanism, and the growth of large bi-axial grains and discuss some potential new IBAD materials and systems for large-scale production.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.22
no.2
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pp.73-77
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2012
Co-(0.8 wt%) and Ce-(0.4 wt%) doped cubic zirconia ($ZrO_2$ : $Y_2O_3$ = 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40, 50 : 50 wt%) single crystals grown by a skull melting method were heat-treated in $N_2$ at $1000^{\circ}C$ for 5 hrs. The orange, yellowish brown and brown colored as-grown single crystals were changed into either brownish red, yellow and green color after the heat treatment. Before and after the heat treatment, the YSZ (yttria-stabilized zirconia) single crystals were cut for wafer form (${\phi}6.5mm{\times}t2mm$). The optical and structural properties were examined by UV-VIS spectrophotometer and X-ray diffraction. Absorption by $Ce^{3+}(^2F_{5/2,7/2}(4f){\rightarrow}^2T_g(5d^1))$, $Co^{2+}(^4A_2(^4F){\rightarrow}^4T_1(^4F)$ or $^4T_1(^4P))$ and $Co^{3+}$, change of ionization energy and lattice parameter were confirmed.
Much research into fuel cells operating at a temperature below $800^{\circ}C$. is being performed. There are significant efforts to replace the yttria-stabilized zirconia electrolyte with a doped ceria electrolyte that has high ionic conductivity even at a lower temperature. Even if the doped ceria electrolyte has high ionic conductivity, it also shows high electronic conductivity in a reducing environment, therefore, when used as a solid electrolyte of a fuel cell, the powergeneration efficiency and mechanical properties of the fuel cell may be degraded. In this study, gadolinium-doped ceria nanopowder with $Al_2O_3$ and $Mn_2O_3$ as a reinforcing and electron trapping agents were synthesized by ultrasonic pyrolysis process. After firing, their microstructure and mechanical and electrical properties were investigated and compared with those of pure gadolinium-doped ceria specimen.
I. H. Jung;K. K. Bae;Lee, J. W.;Kim, T. K.;M. S. Yang
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1998.05b
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pp.216-221
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1998
A study on induction plasma deposition with ceramic materials, yttria-stabilized-zirconia ZrO$_2$-Y$_2$O$_3$ (m.p 264O $^{\circ}C$), was conducted with a view developing a new method for nuclear fuel fabrication Before making dense pellets more than 96%TD., the spraying condition was optimized through the process parameters, such as chamber pressure, plasma plate power powder spraying distance, sheath gas composition, probe position, particle size and powders different morphology. The results with a 5mm thick deposit on rectangular planar graphite substrates showed a 97.11% theoretical density when the sheath gas flow rate was Ar/H$_2$120/20 l/min, probe position 8cm, particle size -75 ${\mu}{\textrm}{m}$ and spraying distance 22cm by AMDRY146 powder. The degree of influence of the main effects on density were powder morphology. particle size, sheath gas composition, plate power and spraying distance, in that order. Among the two parameter interactions, the sheath gas composition and chamber pressure affects density greatly. By using the multi-pellets mold wheel type, the pellet density did not exceed 94%T.D., owing to the spraying angle.
The mechanical properties and damage mode of {{{{ {Y}_{2 } {O}_{3} }}-doped tetragonal (Y-TZP) can-didated as biomaterials were performed under indentation stress-strain curve critical load for yield and cracking strength degradation and fatigue behavior with Hertzian indentation tests. This material shows the brittle behavior which is confirmed by indentation stress-strain response. The critical load for cracking(Pc) is much higher than that for yields (Py) indicating crack resistance Strength were strongly dependant on contact area and there were no degradation when the indenter size was ${\gamma}$=3.18 mm suggesting that Y-TZP should be highly damage tolerant to the blunt contacts. Multi-cycle contact were found to be innocuous up to {{{{ {10 }^{6 } }} cycles at 500N and {{{{ {10 }^{5 } }} cycles at 1000N in water. On the other hand contacts at {{{{ {10 }^{6 } }} cycles at 1000 N in water did show some signs of incipient degradation. By contrast contacts with Vickers indenter pro-duced substantial strength losses at much lower loads suggesting that the mechanical integrity of this ma-terial would be compromised by inadvertent sharp contacts.
Kim, Seong-Won;Lee, Sung-Min;Oh, Yoon-Suk;Kim, Hyung-Tae;Jang, Byung-Koog
Journal of Powder Materials
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v.18
no.6
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pp.568-574
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2011
As operating temperatures of engines or turbines continually increase for higher efficiency, significant amounts of researches have been focused on finding new materials, which would be alternatives to conventional yttria-stabilized zirconia (YSZ) for thermal barrier coatings (TBCs). In this study, phase evolution and thermo-physical properties of $La_2(Zr_{1-x}Hf_x)_2O_7$ pyrochlore systems are investigated for TBC applications. $La_2(Zr_{1-x}Hf_x)_2O_7$ systems are comprised by selecting $La^{3+}$ as A-site ions and $Zr^{4+}/Hf^{4+}$ as B-site ions in $A_2B_2O_7$ pyrochlore structures. For the developed phases in $La_2(Zr_{1-x}Hf_x)_2O_7$ compositions, thermo-physical properties such as thermal conductivity, thermal expansion coefficient are examined. The potential of these $La_2(Zr_{1-x}Hf_x)_2O_7$ compositions for TBC application is also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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