Optimising anode supported BaZr1-xYxO3-δ electrolytes for solid oxide fuel cells: Microstructure, phase evolution and residual stresses analysis

材料科学 微观结构 烧结 电解质 阳极 残余应力 固体氧化物燃料电池 化学工程 陶瓷 扫描电子显微镜 复合材料 氧化物 冶金 化学 电极 物理化学 工程类
作者
Sol Fernández Muñoz,Ricardo Chacartegui,María D. Alba,J. Ramírez‐Rico
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:596: 234070-234070 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234070
摘要

Yttrium-doped BaZrO3 is a promising electrolyte for intermediate-temperature protonic ceramic fuel cells. In the anode-supported configuration, a slurry containing the electrolyte is deposited on the surface of a calcined porous anode and sintered. Differences in sintering behaviour and thermal expansion coefficients for the anode and electrolyte result in elastic residual stresses that can impact the long-term stability of the cell during cyclic operation. Half-cells using BaZr0.8Y0.2O3-δ as the electrolyte were fabricated using the solid-state reaction sintering method under various sintering conditions. Comprehensive microstructure and residual stress analyses as a function of processing parameters were performed using two-dimensional X-ray diffraction, Rietveld refinement, and scanning electron microscopy, before and after the half-cells were reduced under hydrogen, giving a complete picture of phase, microstructure, and stress evolution under thermal and reduction cycles like the actual operation of the cell. Our results reveal that a temperature of 1400 °C and shorter soaking times might be advantageous for obtaining phase-pure and thin yttrium-doped BaZrO3 electrolytes with improved microstructure and the presence of compressive residual stress. These findings offer valuable insights into optimising the fabrication process of BaZrO3-based electrolytes, leading to enhanced performance and long-term stability of anode-supported protonic ceramic fuel cells operating at intermediate temperatures.
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