Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/75433
Title: Synthesis and property study of Ni-based cathod for IT-SOFCs
Other Titles: การสังเคราะห์และศึกษาสมบัติของสารประกอบ Perovskites ที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบ เพื่อใช้เป็นคาโทดสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์ของของแข็งที่ใช้ในช่วงอุณหภูมิปานกลาง
Authors: Thitirat Inprasit
Advisors: Sujitra Wongkasemjit
Pimpa Limthongkul
Other author: Chulalongkorn University. The Petroleum and Petrochemical College
Advisor's Email: Dsujitra@Chula.ac.th
Pimpa.Lim@Entec.or.th
Subjects: Nickel
Solid oxide fuel cells
นิกเกิล
เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง
Issue Date: 2014
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: This thesis focuses on improvements of cathode materials for IT-SOFCs through an investigation of new synthesis route and new materials with A and B site substitution on Ni-based perovskite structure. The work was divided into three parts. The first part focuses on an investigation of a new synthesis route to obtain IT-SOFCs cathode La₂_ₓSrₓNiO₄ with improved properties. In this work, La₂_ₓSrₓNiO₄ (κ ≤0.8) were, for the first time, successfully synthesized via a simple room-temperature sol-gel process using a water-based solvent. The La₂_ₓSrₓNiO₄ compounds were found to be more stable than the non-substituted La₂NiO₄ with more superior properties in term of thermal expansion coefficient matching to that of electrolyte and in term of electrical conductivity. The second part involved a more in depth investigation on the effect of Sr substitution on oxygen content and structure in relation to transport properties of the materials synthesized in the first part. Oxygen tracer diffusivity was found to follow an increasing trend with increasing oxygen content. Consequently, the highest diffusion coefficient was found for the minimum amount of Sr substitution and continuously decreasing with x until x = 0.6. An unusual increase in D* was observed when the Sr content increased up to x = 0.8. The last part of the thesis focuses on the development of two new cathodes. La₃Ni₂NbO₉ and La₃Ni₂TaO₉ double perovskite materials were successfully synthesized in this work. However, low conductivities of the two new compositions were found and thus, further improvements are needed.
Other Abstract: วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ศึกษาเพื่อพัฒนาวัสดุเพื่อใช้เป็นคาโทดสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์ของของแข็งที่ใช้ในช่วงอุณหภูมิปานกลาง โดยเน้นการศึกษาวิธีการสังเคราะห์และวัสดุชนิดใหม่ของสารประกอบ Perovskite ที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบโดยการเติมธาตุที่เหมาะสมลงในโครงสร้าง งานวิจัยนี้แบ่งออกเป็น 3 ส่วน ในส่วนแรกของงานวิจัยเป็นการศึกษาสังเคราะห์สารประกอบที่มีการเติมสทรอนเทียม (Sr) ลงในสารประกอบแลนทานัมนิกเกิลออกไซด์ประเภท Ruddlesden-Popper (La₂_ₓSrₓNiO₄_ₛ, κ ≤0.8) เพื่อพัฒนาสมบัติสำหรับใช้เป็นคาโทดสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดออกไซด์ของของแข็งที่ใช้ในช่วงอุณหภูมิปานกลาง การศึกษาในส่วนนี้พบว่าสามารถสังเคราะห์โดยวิธี โซล-เจล (Sol-gel process) ที่อุณหภูมิห้องโดยมีน้ำเป็นตัวทำละลายและพบว่าการเติมสทรอนเทียมส่งผลให้สารประกอบที่มีเฟสซึ่งความเสถียรมากกว่าสารประกอบที่ไม่มีการเติมสทรอนเทียม (La₂NiO₄) ซึ่งการเติมสทรอนเทียมยังสามารถลดค่าและแก้ปัญหาค่าอัตราการขยายตัวทางความร้อน (thermal expansion coefficient) ให้มีค่าใกล้เคียงกับส่วนประกอบอื่น ๆ ของเซลล์เชื้อเพลิงโดยเฉพาะอิเล็กโทรไลด์ นอกจากนี้ยังให้ค่าการนำไฟฟ้า(σ) สูงอีกด้วย ในส่วนที่สองของงานวิจัยเป็นการศึกษาผลของปริมาณของสทรอนเทียมต่อปริมาณออกซิเจนและโครงสร้างในเชิงความสัมพันธ์ด้านคุณสมบัติการนำของไอออนของสารประกอบนี้ พบว่าสภาพการแพร่ผ่านของออกซิเจนไอออนมีแนวโน้มขึ้นกับปริมาณของออกชิเจนที่มีในโครงสร้างของสารประกอบ โดยค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ผ่าน (diffusion coefficient) พบว่ามีค่าสูงสุดเมื่อมีการเติมสทรอนเทียมในปริมาณที่น้อย และจะมีค่าลดลงจนกระทั่งปริมาณของสทรอนเทียมในอัตราส่วน 0.6 โดยโมล อย่างไรก็ตามยังพบว่าโดยค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ผ่านจะเพิ่มขึ้นอย่างมากอีกครั้งเมื่อสทรอนเทียมถูกเติมในอัตราส่วนมากถึง 0.8 โดยโมล ในส่วนสุดท้ายของงานวิจัยเป็นการศึกษาและสังเคราะห์สารประกอบกลุ่มใหม่ที่มีการจัดเรียงโครงสร้างเป็นชั้น ที่เรียกว่า Double perovskite มีการแทนที่นิกเกิลด้วยไนโอเบียมหรือแทนทาลัม (La₃Ni₂MO₉, M = Nb หรือ Ta) แต่อย่างไรก็ตามในการทดสอบค่าการนำไฟฟ้าเบื้องต้นพบว่าให้ค่าการนำไฟฟ้าน้อยมาก ดังนั้นสารประกอบในกลุ่ม Double perovskite ดังนั้นยังคงต้องมีการศึกษาและพัฒนาเพิ่มเติมต่อไป
Description: Thesis (Ph.D)--Chulalongkorn University, 2014
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Polymer Science
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/75433
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2014.1513
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2014.1513
Type: Thesis
Appears in Collections:Petro - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Thitirat_in_front_p.pdfCover and abstract1.07 MBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_ch1_p.pdfChapter 1697.62 kBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_ch2_p.pdfChapter 21.34 MBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_ch3_p.pdfChapter 31.13 MBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_ch4_p.pdfChapter 41.52 MBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_ch5_p.pdfChapter 51.42 MBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_ch6_p.pdfChapter 61.4 MBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_ch7_p.pdfChapter 7636.73 kBAdobe PDFView/Open
Thitirat_in_back_p.pdfReference and appendix940.38 kBAdobe PDFView/Open


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