การขึ้นรูปเซลล์เชื้อเพลิงเซรามิกชนิดนำโปรตอนที่ใช้แบเรียมซีเรียมเซอร์โคเนตโดปด้วยอิตเทรียมเป็นอิเล็กโทรไลต์โดยการพอกพูนแบบละอองด้วยไฟฟ้าสถิต

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