fa سنتز و بررسی هدایت یونی نانوکامپوزیت Ca0.05Sm0.2Ce0.75O1.9-δ-(Li,Na)2CO3 برای الکترولیت پیل سوختی اکسید جامد دما پایین (LT-SOFC) سراميک‌هاي زیستی (بیوسرامیک‌ها) Bioceramics پژوهشي Research <p style="text-align: justify;"><span style="font-size:12px;"><span style="font-family:Tahoma;">از نقاط ضعف پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC) دمای بالای فعال‌سازی هدایت یونی در الکترولیت آن‌ها است. یکی از روش‌هایی که به منظور کاهش این دما مورد توجه محققان قرار گرفته است، بهره‌گیری از دوپ هم زمان دو عنصر در اکسید سریم(سریا) و نیز اختلاط آن با یک نوع از نمک‌های فلزی مانند کربنات‌ها است. در تحقیق حاضر، با دوپ دو عنصر (کلسیم و ساماریم) در اکسید سریم، ابتدا پودر Ca0.05Sm0.2Ce0.75O1.9 (CSDC 5) با روش احتراق نیترات - سیترات سنتز گردید. سپس از روش ‌پراش اشعه ایکس (XRD) برای آنالیز فازی و تعیین اندازه بلورک‌ها و جهت بررسی مورفولوژی نمونه‌‌های سنتز شده پودری و زینتر شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) بهره گرفته شد. الگوهای XRD نشان از تشکیل محلول جامد سریای دوپ شده با ساماریم و کلسیم دارد. طبق نتایج حاصل از الگوی پراش اشعه ایکس در جهت (111) اندازه بلورک‌ها nm 19 بدست آمد. تصاویر FE-SEM نشان داد که نانوذرات CSDC 5 کروی شکل بوده و اندازه‌ای در حدود nm 20 داشتند. اندازه‌گیری هدایت یونی تمامی نمونه‌ها به روش طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) در بازه دمایی ℃ 650 &ndash; 250 انجام گرفت. نتایج این آزمون مشخص کرد که Ca0.05Sm0.2Ce0.75O1.9-&delta; از هدایت یونی برابر با S.cm-1 015/0 در دمای ℃ 650 برخوردار بوده است. با ترکیب نانو پودر CSDC 5 با کربنات‌های لیتیم و سدیم نانوکامپوزیت CSDC 5 &ndash; (Li,Na)2CO3 (CSDC5 &ndash; LN) سنتز و الکترولیت آن ساخته شد. الگوی XRD مربوط به نمونه کامپوزیت مشابه الگوی مربوط به سریا و CSDC 5 بوده که احتمال آمورف بودن فاز کربنات را مطرح کرد. داده‌های آنالیزهای جرم‌سنجی حرارتی و حرارتی تفرقی (TG/DTA) بیان داشت که فاز کربنات تا دمای تقریبی ℃ 730 پایدار بوده و تجزیه نشده است. تصاویر حاصل از FE-SEM مشخص نمود که نانوذرات CSDC 5 با فاز کربنات احاطه شده‌اند. همچنین نمونه کامپوزیت زینتر شده دارای تخلخل و تراکم نسبی بوده است. نتایج آزمون امپدانس نمونه CSDC 5 &ndash; LN مشخص ساخت که در بالای دمای ℃ 500 ، هدایت یونی نمونه کامپوزیت (℃ 650 @ S.cm-1 073/0) با اختلاف فاحش 5 برابری بیشتر از هدایت یونی نمونه CSDC 5 بود. این امر بیانگر اثر مثبت بهره‌گیری از فاز کربنات به علت دارا بودن هدایت یونی Na+ ، Li+ و CO_3^(2-) در محدوده دمایی گفته شده بوده و آن را به عنوان یکی از کاندیداهای الکترولیت پیل‌ سوختی اکسید جامد دما پایین (LT-SOFC) مطرح می‌نماید.</span></span></p> <p>One of drawbacks of solid oxide fuel cells (SOFCs) is high temperature ionic conductivity of their electrolytes. Several researches have been done to find a solution to overcome the problem. One method is to incorporate co-doped cerium oxide (Ceria) with metal salts such as carbonates. In the present work, nanopowders of calcium and samarium co-doped cerium oxide of Ca0.05Sm0.2-xCe0.75O1.9-&delta; (CSDC 5) were prepared using citrate-nitrate auto combustion method. Phases and crystallite size of the sample were determined by X-ray diffraction (XRD). Field emission scanning electron microscope (FE-SEM) was used for morphological studies. The XRD pattern showed that a single-phase solid solution of calcium and samarium co-doped ceria was obtained. The crystallite size of the particles was 19 nm in diameter as calculated from data obtained through XRD result of (111) peak. FE-SEM images depicted that synthesized CSDC 5 powders were sphere-like and approximately 20 nm in size. Also, it was shown that the sintered CSDC 5 had a dense microstructure. The ionic conductivities of all samples were determined by AC impedance spectroscopy (EIS) in temperature range of 250 &ndash; 650&ordm;C. EIS results demonstrated that Ca0.05Sm0.2Ce0.75O1.9- had total conductivity of 0.015 S.cm-1 at 650 &ordm;C. CSDC 5 &ndash; (Li,Na)2CO3 (CSDC 5 &ndash; LN) nanocomposite electrolyte was synthesized by mixing the lithium and sodium carbonates with CSDC 5 nanopowders. XRD pattern of the composite sample was similar to the patterns of ceria and CSDC 5 which indicates that the carbonate phase was probably amorphous. TG/DTA thermal analysis results demonstrated that the carbonate phase was remained and undecomposed up to temperature of 730&ordm;C. FE-SEM images of the composite powders depicted that CSDC 5 powders were covered by carbonate phase. In addition, the sintered composite showed a porous microstructure using FE-SEM. EIS data proved that above the temperature of 500&ordm;C, total ionic conductivity of CSDC 5 &ndash; LN was 0.073 S.cm-1 which was nearly 5 times higher than that of CSDC 5. This implied that using carbonate phase would increase the total ionic conductivity due to multiple ions of Na+, Li+, and CO2-3 would be involved in ionic conduction at the mentioned temperature range. This makes it a serious candidate as electrolyte material for low temperature solid oxide fuel cell (LT-SOFC).</p> SOFC, الکترولیت, نانوکامپوزیت, سریای دوپ شده SOFC, Electrolyte, Nanocomposite, Doped ceria 1 14 http://ijcse.ir/browse.php?a_code=A-10-317-2&slc_lang=fa&sid=1 نوید توسلی 10031947532846003209 10031947532846003209 No حامد صمدی H.samadi@srbiau.ac.ir 10031947532846003210 10031947532846003210 Yes علی نعمتی 10031947532846003211 10031947532846003211 No