The synthesis of (Bi2O3)1-x-y-z (Dy2O3)x (Eu2O3)y (Tm2O3)z electrolyte of the solid oxide fuel cell by solid state reaction

Abstract

Bu çalışmada, (Bi2O3)1-x-y-z (Dy2O3)x (Eu2O3)y (Tm2O3)z (x, y, z= 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) dörtlü sistem katı elektrolit malzemeler atmosferik ortamda katıhal reaksiyonu tekniği ile sentezlendi ve yapısal, termal ve iletkenlik özellikleri on farklı kompozisyon için incelendi.X-Ray difraksiyon analizleri, 750 oC de ısıl işleme tabi tutulmuş haliyle numunelerde az miktarda mono klinik α-Bi2O3 fazı ile beraber kübik fcc δ-Bi2O3 fazının oluştuğunu gösterdi. Elektriksel iletkenlik ölçümünden sonra α-Bi2O3 fazı da, δ-Bi2O3 fazına dönüştü. Bu faz geçişi bazı numuneler için Diferansiyel Termal Analiz (DTA) spektrumunda ve iletkenlik ölçüm eğrilerinde 750 oC civarında açık olarak tespit edildi. DTA spektrumu ayrıca, kübik δ-Bi2O3 fazının 900 oC den oda sıcaklığına soğuması esnasında kararlı olduğunu gösterdi. Bu, katkılamanın kübik δ-Bi2O3 fazını kararlı hale getirdiğini gösterir. 750oC de en yüksek elektriksel iletkenlik 0.62 (Ω.cm)-1 büyüklüğünde, (Bi2O3)0.85 (Dy2O3)0.05 (Eu2O3)0.05 (Tm2O3)0.05 kompozisyonunda ölçüldü. Elektriksel iletkenliğin artan katkı maddesi konsantrasyonu ile azaldığı gözlendi. Bununla beraber, düşük katkı konsantrasyonu için 750 oC de elde edilmiş elektriksel iletkenlik saf δ-Bi2O3 fazının elektriksel iletkenliği (~1 Ω-1.cm-1 at 650 oC) ile mukayese edilebilir mertebededir.

In this study, (Bi2O3)1-x-y-z (Dy2O3)x (Eu2O3)y (Tm2O3)z (x, y, z= 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) quaternary system solid electrolyte materials were synthesized in the atmospheric conditions by solid-state reaction and structural, thermal and conductivity properties has been studied for ten different compositions.X-Ray diffraction analysis of the as-sintered (at 750 oC) samples indicated that cubic fcc δ-Bi2O3 phase is formed with together small amount of monoclinic α-Bi2O3 phase. After electrical conductivity measurement, α-Bi2O3 phase turned into δ-Bi2O3 phase. This phase transition clearly was detected from DTA spectrums and conductivity measurement curves at about 750 oC for some samples. DTA spectrum also reveals that cubic δ-Bi2O3 phase is stable during cooling process from 900 oC to room temperature. This indicates that doping makes cubic δ-Bi2O3 phase stable.The highest electrical conductivity of 0.62 (Ω.cm)-1 at 750 oC was measured for composition of (Bi2O3)0.85 (Dy2O3)0.05 (Eu2O3)0.05 (Tm2O3)0.05. It has been observed that electrical conductivity decreases with increasing concentration of doped materials. However, the electrical conductivity obtained for low dopant concentration at 750 oC is comparable with conductivity of pure δ-Bi2O3 (~1 Ω-1.cm-1 at 650 oC).