Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.20
no.6
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pp.289-294
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2010
Ni-YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) composite powders for SOFC were fabricated by glycine nitrate process. $ZrO(NO_3)_2{\cdot}2H_2O$, $Y(NO_3)_3{\cdot}6H_2O$, $Ni(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$ and glycine were chosen as the starting materials. The structural properties of the sintered Ni-YSZ cermets have been investigated with respect to the volume contents of Ni. A porous microstructure consisting of homogeneously distributed Ni and YSZ phases together with well-connected grains was observed. The sintered Ni-YSZ cermets showed a porous microstructure consists of homogeneously distributed Ni and YSZ phases and the grains were well-connected. It was found that the open porosity is sensitive to the volume content of Ni. The Ni-YSZ cermet containing 35 vol% Ni seems to be suitable for the electrode material of SOFC since it provides sufficient open porosity higher than 30%.
Kim, Ho-Sup;Shi, Dongqui;Ko, Rock-Kil;Chung, Jun-Ki;Ha, Hong-Soo;Song, Kyu-Jeong;Park, Chan
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.17
no.12
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pp.1356-1361
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2004
High temperature superconducting coated conductor has a structure of ///. The buffer layer consists of multi-layer, this study reports the deposition method and optimal deposition conditions of YSZ(Yttria-stabilized zirconia) layer which plays a important part in preventing the elements of substrate from diffusing into the superconducting layer. YSZ layer was deposited by DC reactive sputtering technique using water vapor for oxidizing deposited elements on substrate. To investigate optimal thickness of YSZ film, four YSZ/CeO$_2$/Ni samples with different YSZ thickness(130 nm, 260 nm, 390 nm, and 650 nm) were prepared. The SEM image showed that the surface of YSZ layer was getting to be rougher as YSZ layer was getting thicker and the growth mode of YSZ layer was columnar grain growth. After CeO$_2$ layer was deposited with the same thickness of 18.3 nm on each four samples, YBCO layer was deposited by PLD method with the thickness of 300 nm. The critical currents of four samples were 0, 6 A, 7.5 A, and 5 A respectively. This shows that as YSZ layer is getting thicker, YSZ layer plays a good role as a diffusion barrier but the surface of YSZ layer is getting rougher.
Ultrafine NiO/YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) powders were made by using a glycine nitrate process which is used as anode material for solid oxide fuel cells. The specific surface areas of synthesized NiO/YSZ powders were examined with controlling pH of a precursor solution and the content of glycine. The binding of glycine with metal nitrates occurring in the precursor solution was analyzed by using FTIR. The characteristics of synthesized powders were examined with X-ray diffraction(XRD) Brunauer Emmett Teller with N2 absorption. scanning electron microscopy (SEM). and transmission electron microscopy (TEM). Ultrafine NiO/YSZ powders of 15-18 m2/g were obtained through GNP when the content of glycine was controlled to 1 or 2 times the stoichiometric ratio in the precursor solutions. Strongly acid precursor solution increased the specific surface area of the synthesized powders. This is suggested to be the increased binding of metal nitrates and glycine under a strong acid solution of pH=0.5 that lets glycine consist of mainly the amine group of {{{{ { NH}`_{3 } ^{+ } }}. After sintering and reducing treatment of NiO/YSZ powders synthesized by GNP the Ni/YSZ pellet showed ideal microstructure where very fine Ni particles of 3-5 ${\mu}{\textrm}{m}$ were distributed uniformly and fine pore around Ni metal particles was formed. leading to anincrease of the triple phase boundary among gas Ni and YSZ.
YSZ/LSM composite cathode was fabricated by dip-coating of YSZ sol on the internal pore surface of a LSM cathode followed by sintering at low temperature (800-100$0^{\circ}C$) The YSZ coating significantly increased the TPB(Triple Phase Boundary) where the gas the electrode and the electrolyte were in contact with each other. Sinter the formation of resistive materials such as La2Zr2O7 or SrZrO3 was prevented due to the low processing temperature and TPB was increased due to the YSZ film coating the electrode resistance (Rel) was reduced about 100 times compared to non-modified cathode. From the analysis of a.c impedance it was shown that microstructural change of the cathode caused by YSZ film coating affected the oxygen reduction reaction. In the case of non-modified cathode the RDS (rate determining step) was electrode reactions rather than mass transfer or the oxygen gas diffusion in the experimental conditions employed in this study ($600^{\circ}C$-100$0^{\circ}C$ and 0,01-1 atm of Po2) for the YSZ film coated cathode however the RDS involved the oxygen diffusion through micropores of YSZ film at high temperature of 950-100$0^{\circ}C$ and low oxygen partial pressure of 0.01-0.03 atm.
NiO-YSZ anode-supported single cell was prepared by spin-coating YSZ and LSM slurries as electrolyte and cathode, respectively. Dense YSZ electrolyte film was successfully prepared on the porous NiO-YSZ anode substrate by tuning pre-sintering temperature of NiO-YSZ and co-firing temperature. The thickness of YSZ film was controlled by the solid content of slurry and coating cycles. The experimental conditions affecting on the thickness of YSZ film was discussed. Single cells with the active electrode area ${\sim}0.8\;cm^2$ were prepared by spin-coating the cathode layers of LSM-YSZ mixture and LSM consequently as well. The effects of the pre-sintering temperature and thus the microstructure of NiO-YSZ substrate on the current-voltage characteristics of co-fired cell were investigated.
In order to fabricate 8YSZ thick film by silk screen printing, YSZ(yttria-stabilized zirconia) commercial powder was used as starting materials. Paste for screen printing was made by mixing 8YSZ powder and organic vehicles. 8YSZ thick film was formed on $Al_2O_3$ substrate. The crystal structure, and microstructure were investigated. Grain size of 8YSZ was increased with increasing calcination temperature and rapid grain growth was shown after calcination at $1300^{\circ}C$. Microstructure showed the mixture of large and small grain size after $1400^{\circ}C$ sintering. Shrinkage rate of 8YSZ thick film sintered at $1400^{\circ}C$ was more than 40%.
(La,Sr)MnO$_3$(LSM)-YSZ 복합체 양극의 산소환원 반응기구에 대해 고찰하였다. YSZ를 첨가함에 따라 복합체 양극의 ohmic 저항이 증가하고, 분극 저항은 YSZ를 40 wt%~50 wt% 혼합하였을 때 최소값을 나타내었다. 또한 LSM-YSZ 복합체 양극의 산소환원 반응기구는 1가 산소이온의 표면확산과 산소이온전달반응에 의해서 지배됨을 알 수 있었다. 임피던스 분석 결과에 따르면 고주파수 영역에서 나타나는 반원은 산소이온전달반응으로 산소분압 의존성이 거의 없고, YSZ가 40 wt% 첨가되었을 때 최소값을 나타내었다. 중간주파수 영역에서 나타나는 반원은 1가 산소이온의 표면확산반응으로 산소분압 의존성은 약 1/4이고, YSZ가 40~50 wt% 첨가되었을 때 최소값을 나타냈다. 한편, 저주파수 영역에 나타나는 반원은 가스확산반응으로 산소분압 의존성이 1이고, 온도에 따른 의존성이 거의 없었다.
Park, Eon-Woo;Moon, Hwan;Lee, Jong-Jin;Hyun, Sang-Hoon
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.45
no.12
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pp.807-814
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2008
The Cu-Ni-YSZ cermet anodes for direct use of methane in solid oxide fuel cells have been fabricated by electroplating Cu into the porous Ni-YSZ cermet anode. The uniform distribution of Cu in the Ni-YSZ anode could be obtained via pulse electroplating in the aqueous solution mixture of $CuSO_4{\cdot}5H_{2}O$ and ${H_2}{SO_4}$ for 30 min with 0.05 A of average applied current. The power density ($0.17\;Wcm^{-2}$) of a single cell with a Cu-Ni-YSZ anode was shown to be slightly lower in methane at $700^{\circ}C$, compared with the power density ($0.28\;Wcm^{-2}$) of a single cell with a Ni-YSZ anode. However, the performance of the Ni-YSZ anode-supported single cell was abruptly degraded over 21 h because of carbon deposition, whereas the Cu-Ni-YSZ anode-supported single cell showed the enhanced durability upto 52 h.
An, Yong-Tae;Ji, Mi-Jung;Hwang, Hae-Jin;Lee, Min-Jin;Hong, Sun-Ki;Kang, Young-Jin;Choi, Byung-Hyun
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.51
no.4
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pp.357-361
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2014
An Ni-Fe/YSZ core-shell structured anode for uniform microstructure and catalytic activity was synthesized. Flat tubular segmented-in-series solid oxide fuel cell-stacks were prepared by decalcomania method using synthesized anode powder. The Ni-Fe/YSZ core-shell anode exhibited better electrical conductivity than a commercially available Ni-YSZ cermet anode. Also power output increased by 1.3 times with a higher open circuit voltage. These results can be attributed to the uniformly distributed Ni particles in the YSZ framework. The impedance spectra of a Ni-Fe/YSZ core-shell anode showed comparable reduced ohmic resistance similar to those of the commercially available Ni-YSZ cermet anodes.
The performance and stability of solid oxide fuel cells (SOFCs) depend on the microstructure of the electrode and electrolyte. In anode, porosity and pore distribution affect the active site and fuel gas transfer. In an electrolyte, density and thickness determine the ohmic resistance. To optimizing these conditions, using costly method cannot be a suitable research plan for aiming at commercialization. To solve these drawbacks, we made high performance unit cells with low cost and highly efficient ceramic processes. We selected the NiO-YSZ cermet that is a commercial anode material and used facile methods like die pressing and dip coating process. The porosity of anode was controlled by the amount of carbon black (CB) pore former from 10 wt% to 20 wt% and final sintering temperature from $1350^{\circ}C$ to $1450^{\circ}C$. To achieve a dense thin film electrolyte, the thickness and microstructure of electrolyte were controlled by changing the YSZ loading (vol%) of the slurry from 1 vol% to 5 vol. From results, we achieved the 40% porosity that is well known as an optimum value in Ni-YSZ anode, by adding 15wt% of CB and sintering at $1350^{\circ}C$. YSZ electrolyte thickness was controllable from $2{\mu}m$ to $28{\mu}m$ and dense microstructure is formed at 3vol% of YSZ loading via dip coating process. Finally, a unit cell composed of Ni-YSZ anode with 40% porosity, YSZ electrolyte with a $22{\mu}m$ thickness and LSM-YSZ cathode had a maximum power density of $1.426Wcm^{-2}$ at $800^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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