Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door Published: April 16, 2017 doi: 10.3791/55500

Summary

Een protocol voor het vervaardigen van poreuze, nanogestructureerde met yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ) scaffolds bij temperaturen tussen 1000 ° C en 1400 ° C is weergegeven.

Abstract

We tonen een werkwijze voor de hoge temperatuur vervaardiging van poreuze, nanogestructureerde met yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ, 8 mol% yttriumoxide - 92 mol% zirkonia) scaffolds met instelbare specifiek oppervlak tot 80 m2 · g-1. Een waterige oplossing van een zirkoniumzout, yttriumzout en glucose gemengd met propyleenoxide (PO) vorming van een gel. De gel wordt gedroogd onder omgevingsomstandigheden tot een xerogel te vormen. De xerogel wordt tot pellets geperst en vervolgens gesinterd in een argonatmosfeer. Tijdens het sinteren, een YSZ keramische fase vormen en de organische bestanddelen ontleden, met achterlating van amorfe koolstof. De koolstof in situ gevormd dient als een vaste matrijs, toch een hoog oppervlaktegebied YSZ nanomorfologie bij sintertemperatuur. De koolstof wordt vervolgens verwijderd door oxidatie in lucht bij lage temperatuur, wat resulteert in een poreuze, nanogestructureerde YSZ scaffold. De concentratie van de koolstof matrijs en de uiteindelijke scaffold oppervlak kan systematisch wordenly afgestemd door het variëren van de glucoseconcentratie in het gelsynthese. De koolstof templateconcentratie werd gekwantificeerd middels thermogravimetrische analyse (TGA), het oppervlak en poriegrootteverdeling werd bepaald door fysische adsorptie metingen en de morfologie werd gekarakteriseerd met behulp van scanning elektronenmicroscopie (SEM). Fasezuiverheid en kristallietgrootte werd bepaald met röntgendiffractie (XRD). Deze fabricage benadering verschaft een nieuw, flexibel platform voor het realiseren ongekende steiger oppervlakken en nanomorphologies voor keramiek gebaseerde elektrochemische energieomzetting toepassingen zoals vaste oxide brandstofcel (SOFC) elektroden.

Introduction

De vaste oxide brandstofcel (SOFC) is veelbelovend als alternatieve energieomzetting technologie voor de efficiënte productie van schone stroom. 1 aanzienlijke vooruitgang geboekt in het onderzoek en de ontwikkeling van deze technologie; echter, zijn verbeteringen in de elektrode prestaties nog steeds nodig om betrouwbare commercialisering te bereiken. De elektrode vaak poreuze keramische scaffold met elektrokatalytische deeltjes ingericht op het schavot oppervlak. Een grote hoeveelheid onderzoek is gericht op het vergroten van het oppervlak van de elektrokatalytische deeltjes prestaties, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 vergroten, maar er is zeer weinig onderzoek naar het vergroten van het oppervlaktegebied schavot. Het verhogen van het schavot oppervlakgebied uitdaging omdat ze bij hoge temperatuur worden gesinterd, 1.100 ° C tot 1.500 ° C.

Steigers verwerkt door traditionele sinteren hebben gewoonlijk een specifiek oppervlak van 0,1-1 m2 · g-1. 8, 9, 10, 11 Er zijn enkele rapporten over het vergroten van het oppervlaktegebied schavot. In één geval is het oppervlak van een traditioneel gesinterd scaffold was door oplossen en neerslaan van het schavot oppervlak met fluorwaterstofzuur, bereiken een specifiek oppervlak van 2 m2 · g-1. 12 In een andere, werden hoge temperaturen geheel vermeden door gepulste laser depositie, het bereiken van een specifiek oppervlak van 20 m2 · g-1. 13 De grondgedachte achter de ontwikkeling van onze techniek was om een low cost fabricage creërenproces dat ongekende steiger oppervlakten biedt en maakt gebruik van traditionele sintertemperaturen zodat het proces gemakkelijk kan worden vastgesteld. Met de techniek hier beschreven, steiger oppervlak tot 80 m2 · g-1 zijn aangetoond terwijl traditionele sintertemperaturen verwerkt. 14

Ons onderzoek is vooral ingegeven door SOFC elektrodentechniek, maar de techniek is breed toepasbaar op andere gebieden en toepassingen. In het algemeen, de in situ carbon template werkwijze is een flexibele benadering nanostructuur groot oppervlak gemengde metalen keramische materialen in poeder- of poreuze scaffold vorm kan produceren. Het is flexibel doordat de gemengde metaal keramische samenstelling, specifiek oppervlak, porositeit en poriëngrootte kunnen allemaal worden systematisch afgestemd. Hoge temperaturen zijn vaak nodig om de gewenste fase gemengd metaalkeramiek vormen en deze benadering behoudt keramische nanomorfologie while zodat men wezen kiezen voor een verwerkingstemperatuur.

Deze methode omvat de synthese van een hybride anorganische-organische propyleenoxide gebaseerde gel, met een welgedefinieerdheid stoichiometrie van metaalionen en de verhouding van anorganische naar organische bestanddelen. De gel wordt gedroogd onder omgevingsomstandigheden tot een xerogel te vormen. De xerogel wordt gesinterd in een argonatmosfeer bij de gewenste temperatuur. Bij verhitting, de organische component ontleedt achterlating koolstof mal in situ, waarbij blijft voor de duur van het sinteren. De koolstof mal wordt vervolgens verwijderd door oxidatie bij lage temperatuur in lucht, wat resulteert in een nanostructuur groot oppervlak keramiek.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Voorbereiding Xerogel Pellets

  1. gel Synthesis
    1. Voeg een 25 mm magnetische roerstaaf en 113 ml gedeïoniseerd water in een 500 ml bekerglas. Magnetisch roeren het gedeïoniseerde water aan de hoogste snelheid die geen vortex vormt.
    2. Voeg langzaam 13,05 g (0,056 mol) watervrij zirkoniumchloride aan het gedeïoniseerde water in kleine stappen. Nadat alle watervrije zirkonium chloride opgelost, voeg 53,29 g (0,296 mol) van glucose om de oplossing.
    3. Nadat alle glucose is opgelost in de oplossing, voeg 3,73 g (0,01 mol) van yttrium nitraat hexahydraat aan de oplossing. Verhogen de snelheid van magnetisch roeren tot -700 rpm en wacht tot alle yttrium nitraat hexahydraat op te lossen in oplossing.
    4. Voeg 42 ml propyleenoxide aan de oplossing. Verder roeren bij -700 rpm propyleenoxide te mengen met de waterige oplossing. Zodra het propyleenoxide wordt gemengd met de waterige oplossing (-10 s), verminderen de magnetische roeren to -150 rpm.
    5. Blijf roeren totdat de magnetische roerstaaf stilstaat door de vorming van de gel. De gel vormt meestal binnen 3 minuten.
      OPMERKINGEN: Het toevoegen van watervrij zirkoniumdichloride aan gedeïoniseerd water is een sterk exotherme reactie en het watervrije zirkoniumdichloride wordt pluim als het te snel wordt toegevoegd.
      De formulering die in paragraaf 1.1. overeen met een glucose tot totale metalen (zirkoon + yttrium) molverhouding van 4,5: 1. De resultaten representatief deel bevat gegevens voor glucose aan totale metalen molaire verhoudingen van 0: 1, 2,25: 1 en 4,5: 1. De hoeveelheid glucose in het preparaat wordt alleen beperkt door de oplosbaarheid van glucose in de oplossing. Ter referentie, de maximale oplosbaarheid van glucose in water bij 20 ° C is 47,8 gew%. 15
  2. Vergrijzing en de gel te wassen
    1. Strak betrekking op de beker die de gel met Parafilm en laat leeftijd gedurende 24 uur door het verlaten van de afgedekte bekerglas bij kamertemperatuur.
    2. Verwijder het deksel van de beker en decanteer de vloeistof bovenop de gel.
    3. Voeg 300 ml absolute ethanol aan de beker die de gel stevig Bedek het bekerglas met Parafilm en laat het bedekte beker bij kamertemperatuur gedurende 24 uur.
    4. Herhaal stap 1.2.3 nog tweemaal voor een totaal van drie wassingen ethanol over een totale periode van 72 uur.
  3. Het drogen van de gel in een Xerogel
    1. Verwijder de gel uit de beker en plaats deze in een 2 L porseleinen indampschaaltje (24 cm buiten diameter boven) met een laboratoriumspatel.
    2. Breek de gel in ongeveer 1 cm x 1 cm gesneden met een spatel en verspreid de stukken over het oppervlak van de indampschaal.
    3. Laat de gelstukken drogen onder omgevingscondities gedurende één week of totdat de gel droog. De gel wordt droog beschouwd wanneer kan worden vermalen tot een fijn poeder.
    4. Maal alle van de xerogel tot een fijn poeder met een mortier en een stamper.
      OPMERKING: Zodra de gel droog is, is hetals een xerogel, omdat het onder omgevingsomstandigheden gedroogd.
  4. Door op de Xerogel in een Pellet
    1. Plaats 1 g xerogel poeder in een cilindrische pellet persmatrijs met een diameter van 13 mm.
    2. Met behulp van een hydraulische druk, toegepast 22 kN kracht gedurende 90 s om op de xerogel gel tot een pellet.
    3. Langzaam laat de door de pers uitgeoefende kracht. uitwerpen langzaam de pellet uit de pellet matrijs en verwijder dan zorgvuldig de pellet.

2. Het sinteren van de pellet Xerogel in een inerte atmosfeer

  1. Plaats de xerogel pellet op een aluminiumoxide of yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide plaat en plaats de plaat in het midden van een buisoven.
  2. Stroom argon met een snelheid van eenderde van het volume van de werkslang per minuut. Dit komt overeen met een argon stroomsnelheid van 750 ml · min-1 voor de werkende buis in dit werk. Ontlucht de gasuitlaat een zuurkast.
  3. Stroom argon gedurende ten minste 15 min boordat beginnen de buisoven verwarmd.
  4. Onder continu stromend argon bij een constante snelheid, de programma buisoven temperatuurregelaar de volgende verwarmingsschema:
    1. Houd bij kamertemperatuur gedurende 15 minuten.
    2. Verwarm tot 850 ° C met een helling van 5 ° C · min -1.
    3. Verwarm tot de gewenste sintertemperatuur met een toenamesnelheid van 2 ° C · min -1.
    4. Houden op de gewenste sintertemperatuur gedurende 2 uur.
    5. Koel tot 850 ° C met een helling van 2 ° C · min -1.
    6. Koel af tot kamertemperatuur met een toenamesnelheid van 5 ° C · min -1.
  5. Start het programma en dubbel controleren of de buisoven opwarmt na het schema in rubriek 2.3.
  6. Pellet verwijderd uit de buisoven na het verwarmingsprogramma is voltooid.

3. Bepalen Carbon templateconcentratie

  1. Snijd een -50 mg stuk uit degesinterde pellet xerogel met een mes en vermalen tot een fijn poeder met een agaat mortier en stamper.
  2. Plaats ~ 50 mg van het fijne poeder in een aluminium monsterhouder voor thermogravimetrische analyse.
  3. Met behulp van een thermogravimetrische analysator (TGA), verwarm het monster met een snelheid van 10 ° C · min -1 van kamertemperatuur tot 1200 ° C stromend lucht over het monster met een snelheid van 100 ml · min -1.
  4. De procentuele gewichtsverandering die tussen -350 ° C en -700 ° C plaatsvindt. Dit gewichtsprocent overeen met het totale koolstofgehalte van het monster.
    OPMERKING: Bij een gewichtstoename optreedt in het 350 ° C tot 700 ° C traject, heeft een carbide fase gevormd en de berekening van het koolstofgehalte complexer. In dit geval, kunt u verwijzen naar berekeningen die in de literatuur beschreven. 14 Carbon elementanalyse werd gebruikt om te bevestigen dat koolstofgehalte kan worden berekend uit metingen TGA.

4. Voorbereiden van High Oppervlakte YSZ steiger door Carbon verwijdering van de mal

  1. Plaats de gesinterde xerogel pellet in een alumina smeltkroes.
  2. Plaats de kroes in een doos oven bij 700 ° C gedurende 2 uur.
  3. Verwijder voorzichtig de hete kroes uit de doos oven met roestvrij stalen smeltkroes tang en laat het afkoelen tot kamertemperatuur gedurende een uur voor het verwijderen van de poreuze, witte YSZ schavot.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fasezuiverheid werd bevestigd door röntgendiffractie (XRD) zoals eerder door Cottam et al. 14 YSZ scaffold specifiek oppervlak als functie koolstof templateconcentratie is getoond in figuur 1. De concentratie wordt weergegeven als het volumepercentage van de totale vaste stoffen in het gesinterde xerogel pellet. De koolstof templateconcentratie systematisch toeneemt met toenemende glucoseconcentratie in de gelformulering. Zoals getoond in figuur 1, het specifieke oppervlak vergroot stelselmatig 10 m2 · g-1 tot 68 m2 · g-1 door verhoging van de glucose: metalen molverhouding van 0: 1 tot 4,5: 1.

De koolstof templateconcentratie werd gekwantificeerd middels TGA (figuur 2). De koolstof templateconcentratie was 4 gew% en 64 gew% van de totale vaste stoffen op glucose: metalenmolaire verhoudingen van 0: 1 en 4,5: 1. Een YSZ dichtheid van 5,9 g · cm 3 en een koolstofatoom dichtheid van 2,15 g · cm 3 werden gebruikt om te converteren tussen gewichtsprocent en volumeprocent.

Figuur 3 een rasterelektronenmicroscoop (SEM) beelden van de YSZ xerogel met of zonder glucose toevoegsel. Beide monsters werden op soortgelijke wijze gesinterd bij 1150 ° C in argon en verbrand in lucht bij 700 ° C. De deeltjes van YSZ xerogel met glucose additief zijn vele malen kleiner dan die zonder toevoeging van glucose. De vorming van kleinere deeltjes door het toevoegen van glucose aan het gel consistent met hun hoge koolstofgehalte en oppervlaktegebied.

Figuur 4 toont XRD-patronen van de sterkste piek voor YSZ YSZ steigers als een functie van glucose: metalen molverhouding. De kristallietgrootte werd berekend met deze pieken en de Scherrer-vergelijking.De kristallietgrootte daalde van 22 nm tot 12 nm tot 9 nm zoals glucose: metalen molverhouding werd verhoogd van 0: 1-2,25: 1 tot 4,5: 1. De kristallietgrootte progressie is consistent met de waargenomen toename van het oppervlak met toenemende glucose: metalen molverhouding.

Figuur 5 toont de YSZ scaffold poriegrootte als functie van glucose: metalen molverhouding. De adsorptie / desorptie gegevens werden verzameld met een fysische adsorptie instrument, dat beperkt is tot het berekenen van poriegrootten tussen 2 nm en 14 nm. De poriëngrootteverdeling berekend uit N2 adsorptie gegevens getoond in figuur 5a. Slechts 2,25: 1 glucose: metalen molverhouding gegevens blijkt maximaal. Aangezien de instrumentatie beperkt tot het detecteren van 14 nm poriën, poriegrootte verdeling van N2 desorptie gegevens werden ook berekend figuur 5b. Desorptiegegevens neiging om kunstmatig te laten zien"4; nauwe poriegrootte verdeling en "kunstmatig" kleinere poriën 16; De desorptiegegevens verschaft meer inzicht in de progressie van poriegrootteverdeling dan adsorptiegegevens. De verschillen in poriegrootteverdeling voor adsorptie en desorptie gegevens het best vergeleken 2,25: 1 glucose: metalen gegevens in Figuur 5. De piek van de poriegrootteverdeling verschuift van 10 nm tot 7 nm en smaller is. Extrapolatie van 4,5: 1 data, lijkt het redelijk om de piek van de poriegrootteverdeling in het 16-20 nm aannemen. Overall, Figuur 5 geeft zowel het aantal poriën en de grootte van de poriën toe met een toename in glucose-: metalen molverhouding.

Figuur 1
Figuur 1: YSZ steiger oppervlak als functie koolstof templateconcentratie en glucose: metals molverhouding. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2: TGA-krommen in stromende lucht xerogels met glucose: metalen molaire verhoudingen van 0: 1 en 4,5: 1 gesinterd bij 1150 ° C in argon gedurende 2 uur. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

figuur 3
Figuur 3: SEM microfoto's van YSZ scaffolds voor glucose: metalen molaire verhoudingen van (a) 4,5: 1 en (b) 0: 1. De xerogels werden gesinterd in argon bij 1150 ° C gedurende 2 uur en daarna in lucht bij 700 verwarmd ° C. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: XRD sterkste piek voor YSZ YSZ steigers als een functie van glucose: metalen molverhouding. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

figuur 5
Figuur 5: YSZ steiger Dollimore-Heal poriegrootte als functie van glucose: metalen molverhouding berekend uit (a) N2-adsorptie databank (b) N2 desorptiegegevens.d / 55500 / 55500fig5large.jpg" target = '_ blank'> Klik hier om een ​​grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Met dit in situ carbon templating benadering kan men creëren en behouden nanomorfologie in gemengde metaaloxiden op traditionele keramische scaffold sintertemperaturen. De verkregen oppervlakken zijn tot 80 maal hoger zijn dan traditioneel gesinterd steigers en tot 4 maal hoger dan schavotten vervaardigd door complexe depositietechnieken. 14 De propyleenoxide-glucosegel systeem zeer flexibel voor het afstemmen van de concentratie van de koolstof matrijs, zodat men systematisch controleren het koolstofatoom templateconcentratie tussen 10 vol% koolstof en bijna 100 vol% koolstof.

Er zijn drie kritische stappen om de procedure. Ten eerste moet de propyleenoxide goed gemengd met de waterige oplossing van het gel (stap 1.1.4) te vormen. Dit wordt bereikt door roeren bij -700 rpm, terwijl het propyleenoxide wordt toegevoegd. Als de oplossing niet turbulent wordt geroerd, wordt het propyleenoxide een aparte laag te vormen boven the waterige oplossing en de gel zal vormen. Ten tweede moet de werkende buis gespoeld met argon voordat verhitten van de buisoven voor sinteren (stap 2.2). Dit wordt bewerkstelligd door stromend argon gedurende 15 minuten bij een snelheid van eenderde van het volume van de werkslang per minuut. Bovendien moet de werkslang lekdicht te voorkomen dat lucht in de werkende buis tijdens het sinteren worden. Zuurstof uit de lucht het koolstofatoom matrijs vernietigd door oxidatie van koolstof tot kooldioxide. Ten derde moet het sinteren helling vanaf 850 ° C tot sintertemperatuur niet meer dan 2 ° C · min -1. Een snellere oprit tarief ertoe kunnen leiden dat het schavot te breken.

De meeste mogelijke carbon template concentraties leidt tot een monolithisch skelet. Uiteraard is er een kritische koolstofconcentratie drempel waarbij een monolithisch skelet niet gevormd omdat de YSZ-deeltjes worden losgemaakt van elkaar. Echter, dit scenario heeft ook nut. Eén cOuld een traditionele klein oppervlak scaffold met een hoge koolstofconcentratie gel geladen en vervullen deze inerte sinteren hier beschreven. Het resultaat zou YSZ nanodeeltjes ingericht op het schavot oppervlak een nanodeeltje concentratie geregeld door de glucoseconcentratie in de gelformulering.

Propyleenoxide gel syntheses zijn beschreven voor een groot aantal metalen in de literatuur. 17, 18, 19 Bovendien kan het propyleenoxide gelsynthese plaats aan meerdere metalen in wezen elke gemengde metaalsamenstelling die gewenst is. Terwijl de motivatie voor dit werk was het gevolg van vaste oxide brandstofcel elektrode behoeften, de benadering is toepasbaar voor een breed scala van gemengde metaaloxiden voor uiteenlopende toepassingen.

Het is belangrijk te erkennen dat wanneer de sintertemperatuur hoog genoeg, metaalcarbide phases zullen vormen, in plaats van het oxide. De temperatuur waarbij dit gebeurt is afhankelijk van de specifieke metalen men gebruikt. Voor YSZ gebleken dat zircoon carbide fase begint ongeveer 1150 ° C zijn en bijna al het zirkonium in de vorm van zirkooncarbide van 1400 ° C. 14 Voor sintertemperaturen beneden 1300 ° C, alle zirkonium terugkeert naar de YSZ-fase op koolstof template verwijdering door oxidatie. Voor sintertemperaturen boven 1300 ° C, zien we een kleine hoeveelheid monokliene fase zirkoniumoxide. Het is waarschijnlijk dat boven 1300 ° C, wat zircoon carbide deeltjes voldoende gescheiden zodat yttrium verhitting in lucht tot 700 ° C niet voldoende thermische energie om de volledige oplossing van zirkonium terug in YSZ. Onze groep is momenteel overweegt alternatief sinteren omgevingen om carbide vorming te verminderen met behoud van de koolstof-template tijdens het sinteren.

In totaalmary, propyleenoxide-glucose gelsysteem heeft uitstekende flexibiliteit bij het specificeren van de anorganische: organische verhouding, het type metaal en de gemengde metaalsamenstelling voor het realiseren van groot oppervlaktegebied gemengde metaaloxide nanomorphologies bij hoge temperaturen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

We hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de Wake Forest Chemistry Department en de Wake Forest Centrum voor Energie, Milieu en Duurzaamheid (CEES). Wij danken Charles Mooney en de analytische apparatuur Facility van de North Carolina State University voor hulp bij SEM beeldvorming.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Zirconium(IV) chloride, 99.5+% Alfa Aesar 12104 Air sensitive
Yttium(III) nitrate hexadydrate, 99.9% Alfa Aesar 12898 Oxidizer
D+ Glucose Anhydrous, ≥99.5% US Biological Life Sciences G3050
(±)-Propylene Oxide, ≥99% Sigma Aldrich 110205 Extremely flammable
Ethanol 200 Proof Decon Laboratories, Inc. 2716GEA
Argon, 99.997% Airgas AR 300 Industrial grade

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Badwal, S. P. S., Giddey, S. S., Munnings, C., Bhatt, A. I., Hollenkamp, A. F. Emerging electrochemical energy conversion and storage technologies. Front. Chem. 2 (79), 1-28 (2014).
  2. Gross, M. D., Vohs, J. M., Gorte, R. J. An examination of SOFC anode functional layers based on ceria in YSZ. J. Electrochem. Soc. 154 (7), B694-B699 (2007).
  3. Smith, B. H., Gross, M. D. A highly conductive oxide anode for solid oxide fuel cells. Electrochem. Solid-State Lett. 14 (1), B1-B5 (2011).
  4. Vo, N. M., Gross, M. D. The effect of vanadium deficiency on the stability of Pd and Pt catalysts in lanthanum strontium vanadate solid oxide fuel cell anodes. J. Electrochem. Soc. 159 (5), B641-B646 (2012).
  5. Sholklapper, T. Z., Jacobson, C. P., Visco, S. J., De Jonghe, L. C. Synthesis of dispersed and contiguous nanoparticles in solid oxide fuel cell electrodes. Fuel Cells. 8 (5), 303-312 (2008).
  6. Jiang, Z., Xia, C., Chen, F. Nano-structured composite cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells via an infiltration/impregnation technique. Electrochim. Acta. 55 (11), 3595-3605 (2010).
  7. Zhan, Z., Bierschenk, D. M., Cronin, J. S., Barnett, S. A. A reduced temperature solid oxide fuel cell with nanostructured anodes. Energy Environ. Sci. 4, 3951-3954 (2011).
  8. Gross, M. D., Vohs, J. M., Gorte, R. J. Recent progress in SOFC anodes for direct utilization of hydrocarbons. J. Mater. Chem. 17, 3071-3077 (2007).
  9. Gross, M. D., Carver, K. M., Deighan, M. A., Schenkel, A., Smith, B. M., Yee, A. Z. Redox stability of SrNbxTi1-xO3-YSZ for use in SOFC anodes. J. Electrochem. Soc. 156 (4), B540-B545 (2009).
  10. Savaniu, C. D., Irvine, J. T. S. La-doped SrTiO3 as anode material for IT-SOFC. Solid State Ionics. 192 (1), 491-493 (2011).
  11. Choi, S., Shin, J., Kim, G. The electrochemical and thermodynamic characterization of PrBaCo2-xFexO5+δ (x=0,0.5,1) infiltrated into yttria-stabilized zirconia scaffold as cathodes for solid oxide fuel cells. J. Power Sources. 201, 10-17 (2012).
  12. Kungas, R., Kim, J. S., Vohs, J. M., Gorte, R. J. Restructuring porous YSZ by treatment in hydrofluoric acid for use in SOFC cathodes. J. Am. Ceram. Soc. 94 (7), 2220-2224 (2011).
  13. Jung, W., Dereux, J. O., Chueh, W. C., Hao, Y., Haile, S. M. High electrode activity of nanostructured, columnar ceria films for solid oxide fuel cells. Energy Environ. Sci. 5, 8682-8689 (2012).
  14. Cottam, M., Muhoza, S., Gross, M. D. Preserving nanomorphology in YSZ scaffolds at high temperatures via in situ carbon templating of hybrid materials. J. Amer. Ceram. Soc. 99 (8), 2625-2631 (2016).
  15. Alves, L. A., Silva, J. B. A., Giulietti, M. Solubility of D-Glucose in Water and Ethanol/Water Mixtures. J. Chem. Eng. Data. 52, 2166-2170 (2007).
  16. Thommes, M., Smarsly, B., Groenewolt, M., Ravikovitch, P. I., Neimark, A. V. Adsorption hysteresis of nitrogen and argon in pore networks and characterization of novel micro- and mesoporous silicas. Langmuir. 22, 756-764 (2006).
  17. Chervin, C. N., et al. A non-alkoxide sol-gel method for the preparation of homogeneous nanocrystalline powders of La0.85Sr0.15MnO3. Chem. Mater. 18, 1928-1937 (2006).
  18. Clapsaddle, B. J., Sprehn, D. W., Gash, A. E., Satcher, J. H. Jr, Simpson, R. L. A versatile sol-gel synthesis route to metal-silicon mixed oxide nanocomposites that contain metal oxides as a major phase. J. Non-Crystalline Solids. 350, 173-181 (2004).
  19. Gash, A. E., et al. Use of epoxides in the sol-gel synthesis of porous iron (III) oxide monoliths from Fe(III) salts. Chem. Mater. 13, 999-1007 (2001).

Tags

Engineering vaste oxide brandstofcel yttria gestabiliseerd zirkonium, xerogel poreuze composiet nanostructuur
High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogels
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Muhoza, S. P., Cottam, M. A., Gross, More

Muhoza, S. P., Cottam, M. A., Gross, M. D. High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels. J. Vis. Exp. (122), e55500, doi:10.3791/55500 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter