Παρασκευή και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των οξειδίων του δημητριακού βαρίου για χρήση σε κυψελίδες καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFCs) ενδιάμεσων θερμοκρασιών λειτουργίας

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εστιάζεται στην παρασκευή και στον χαρακτηρισμό νέων υλικών για χρήση σε ρόλο ηλεκτρολύτη σε κυψελίδες καυσίμου στερεού οξειδίου χαμηλών και ενδιάμεσων θερμοκρασιών (Low & Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells). Στόχος της εργασίας ήταν η μελέτη της επίδρασης της νόθευσης σαμάριας (Sm203), γανδολίνιας (Gd2C>3) και οξειδίου του χαλκού (CuO) στις φυσικοχημικές ιδιότητες των περοβσκιτικού τύπου οξειδίων του δημητριακού βαρίου (BaCeCL). Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή των αιτιών που οδήγησαν στην επιλογή των εν λόγω υλικών και αναπτύσσονται οι ιδιότητες που παρουσιάζουν, οι οποίες τα καθιστούν κατάλληλα για χρήση σε κυψελίδες καυσίμου SOFCs ενδιάμεσων θερμοκρασιών λειτουργίας. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθεται το απαραίτητο για την κατανόηση των πειραματικών αποτελεσμάτων θεωρητικό υπόβαθρο. Συγκεκριμένα, περιγράφεται η σύνθεση των περοβσκιτικών υλικών, τα οποία δεν εμφανίζονται ελεύθερα στη φύση και ο τρόπος με τον οποίο μεταβάλλονται οι ηλεκτρικές τους ιδιότητες σε διαφορετικές μερικές πιέσεις οξυγόνου. Επιπλέον, παρατίθεται το πεδίο εφαρμογών των στερεών ηλεκτρολυτών, στις οποίες απαντώνται οι κυψελίδες καυσίμου στερεού οξειδίου. Τέλος, παρουσιάζονται πληροφορίες για την ανατομία και τη φυσιολογία τους, όπως επίσης και κάποιες βασικές αρχές θερμοδυναμικής και κινητικής που διέπουν τα εν λόγω ηλεκτροχημικά συστήματα. Η μεθοδολογία της παρασκευής των δειγμάτων και η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση των πειραματικών μετρήσεων αναλύονται διεξοδικά στο τρίτο κεφάλαιο. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα της επίδρασης του ποσοστού νόθευσης στην κρυσταλλική δομή και στις ηλεκτρικές ιδιότητες των ντοπαρισμένων οξειδίων BaCeC>3, στο θερμοκρασιακό εύρος 600-900°C.