Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/51821
Title: การขึ้นรูปเซลล์เชื้อเพลิงเซรามิกชนิดนำโปรตอนที่ใช้แบเรียมซีเรียมเซอร์โคเนตโดปด้วยอิตเทรียมเป็นอิเล็กโทรไลต์โดยการพอกพูนแบบละอองด้วยไฟฟ้าสถิต
Other Titles: Fabrication of protonic ceramic fuel cell using yttrium-doped barium cerium zirconate as electrolyte by electrostatic spray deposition
Authors: มะนาว ปิยวรไพบูลย์
Advisors: รจนา พรประเสริฐสุข
Other author: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์
Advisor's Email: rojana.p@chula.ac.th
Subjects: เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง
Solid oxide fuel cells
Issue Date: 2554
Publisher: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract: งานวิจัยนี้ได้ทำการขึ้นรูปเซลล์เชื้อเพลิงเซรามิกชนิดนำโปรตอนแบบเซลล์เดี่ยวที่ใช้แบเรียมซีเรียมเซอร์โคเนตโดปด้วยอิตเทรียม (BCZY) เป็นอิเล็กโทรไลต์โดยการพอกพูนแบบละอองด้วยไฟฟ้าสถิต จากผลการทดลองพบว่าปัจจัยที่เหมาะสมต่อการขึ้นรูปฟิล์ม BCZY ลงบนแผ่นรอง SiO2/Si คือ (i) การใช้สารตั้งต้น Ba(C2H3O2)2 Y(C2H3O2)3•4H2O Zr(C5H7O2)4 และ Ce(C5H7O2)3•3H2O ในสัดส่วนตัวทำละลายโดยปริมาตรของน้ำปราศจากไอออนต่อ butyl carbitol เท่ากับ 40 ต่อ 60 (ii) ใช้ความต่างศักย์ระหว่างหัวฉีดและฐานรองที่ 10 kV ที่อุณหภูมิแผ่นรอง 250 C อัตราการไหลของสารละลาย 2.8 มล./ชม. และระยะห่างระหว่างปลายเข็มกับแผ่นรอง 6 ซม. จากนั้นจึงใช้สภาวะข้างต้นขึ้นรูปฟิล์ม BCZY ลงบนแผ่นรองแอโนดที่มีส่วนผสมของ NiO 60% และ BCZY 40% โดยน้ำหนัก และมีชั้นแอโนดรูพรุนต่ำในสัดส่วนโดยน้ำหนักของ NiO:BCZY เท่ากับ 10:90 30:70 และ 50:50 เคลือบบนผิว และเผาผนึกร่วมที่อุณหภูมิ 1500 C ยืนไฟนาน 10 ชั่วโมง จากการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค พบว่าฟิล์ม BCZY มีความเรียบและความหนาแน่นสูงแต่ยังพบรูพรุนเข็มอยู่บางส่วนในชิ้นงานที่ใช้ชั้นแอโนดรูพรุนต่ำในสัดส่วนของ NiO:BCZY ที่ 30:70 และ 50:50 โดยฟิล์มที่ได้มีความหนาอยู่ในช่วง 3 - 10 m จากนั้นทำการขึ้นรูปแคโทดโดยการใช้แพลตินัมเพสต์ทาบนผิวของฟิล์ม BCZY จากผลการทดสอบประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของเซลล์เดี่ยวในช่วงอุณหภูมิ 400 - 700 C พบว่าความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าสูงสุดของเซลล์ที่มีชั้นแอโนดรูพรุนต่ำในสัดส่วนของ NiO:BCZY เท่ากับ 10:90 และ 30:70 อยู่ในช่วง 0.8 - 3 mW/cm2 ซึ่งเป็นความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำ เนื่องจากการเพิ่มชั้นแอโนดรูพรุนตํ่าทำให้เซลล์มีความต้านทานไฟฟ้าสูงขึ้น อย่างไรก็ตามเซลล์เดี่ยวที่ใช้ชั้นแอโนดรูพรุนต่ำชนิดที่มีสัดส่วนของ NiO:BCZY เท่ากับ 50:50 ไม่สามารถวัดแรงดันวงจรเปิดและวงจรปิดของเซลล์ได้เนื่องจากชั้นของฟิล์ม BCZY ยังมีรูพรุนอยู่ทำให้เกิดการรั่วของเชื้อเพลิงและตัวออกซิแดนซ์
Other Abstract: This research was conducted to fabricate a single cell of protonic ceramic fuel cell (PCFC) using yttrium-doped barium cerium zirconate (BCZY) as electrolyte by electrostatic spray deposition. The optimum deposition conditions for dense as-deposited BCZY films on SiO2/Si wafers were listed as followed: (i) using Ba(C2H3O2)2 Y(C2H3O2)3•4H2O Zr(C5H7O2)4 and Ce(C5H7O2)3•3H2O as precursors dissolved in the solvent mixtures of DI water and butyl cabitol at a volume ratio of 40:60, (ii) setting an applied potential of 10 kV, a substrate temperature of 250 C, a flow rate of 2.8 ml/h at a nozzle-to-substrate distance of 6 cm. Fabrication of BCZY films on 60 wt% NiO-40 wt% BCZY anode substrates with additional anode functional layers (AFL) composed of NiO:BCZY at 10:90, 30:70 and 50:50 by weight were performed using the above conditions and co-sintered at 1500 C for 10 h. The dense and smooth BCZY films with thickness in a range of 3 - 10 m were obtained, although some pin-holes were observed in films deposited on 30:70 and 50:50 AFL anode substrates. Pt paste was then applied as cathodes on the BCYZ film surfaces. The PCFC single cells on the 10:90 and 30:70 AFL anodes showed the maximum power densities in range of 0.8 - 3 mW/cm2 at the operating temperatures of 400 - 700 C. The low power densities obtained in this study were likely caused by the high resistance of the additional AFLs. The single cells with 50:50 AFL could not be measured due to leakage of the fuels and oxidants through pin-holes in the BCZY films.
Description: วิทยานิพนธ์ (วท.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2554
Degree Name: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level: ปริญญาโท
Degree Discipline: เทคโนโลยีเซรามิก
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/51821
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2011.2119
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2011.2119
Type: Thesis
Appears in Collections:Sci - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
manow_pi.pdf2.83 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.