Nghiên cứu tổng hợp SDC, kết hợp với LSCF 6428 và khảo sát hoạt tính để ứng dụng làm vật liệu catốt cho pin nhiên liệu oxit rắn (SoFCs)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN TIN Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP SDC, KẾT HỢP VỚI LSCF 6428 VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU CATĨT CHO PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN (SOFCs) Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học Mã số: 605275 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN TIN MSHV: 13051196 Ngày, tháng, năm sinh: 20 - 08 - 1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học Mã số : 605275 TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP SDC, KẾT HỢP VỚI LSCF 6428 I VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH ĐỂ ÚNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU CATỐT CHO PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN (SOFCs) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu tông quan vê pin nhiên liệu oxyt rắn (SOFCs) - Nghiên cứu phương pháp tổng hợp vật liệu làm catốt - Tổng hợp vật liệu SDC kết hợp với vật liệu LSCF 6428 làm vật liệu catốt - Khảo sát tính chất vật liệu, định hướng ứng dụng làm vật liệu catốt cho pin nhiên liệu oxyt rắn (SOFCs) III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: (Ghi theo ương QĐ giao đề tài) 19/01/2015 IV V NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) 14/06/2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ Tp HCM, ngày tháng 01 nẫm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Kỹ Thuật Hóa Học Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Trong trình học tập làm thực nghiệm, rèn luyện trường giúp tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích từ dạy dỗ, truyền đạt q Thầy/Cơ, điều làm hành trang vững cho phát triển công việc sống sau Trước hết xin chân thành cảm ơn Thầy/Cơ mơn Hóa Vơ Cơ nói riêng khoa Kỹ Thuật Hóa Học nói chung trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Đặc biệt PGS - TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ Thầy hướng dẫn đề tài tơi, ln ln tận tình bảo, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình để hồn thành luận văn cao học Bên cạnh tơi gởi lời cám ơn đến TS Lê Minh Viễn chị Nguyễn Thị Ngọc Mai, bạn làm việc phòng thí nghiệm Hóa Vơ Cơ phòng ban khác hỗ trợ tơi suốt thời gian Cuối xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, người bên cạnh tôi, động viên khuyến khích tơi suốt q trình thực đề tài luận văn Thạc Sĩ Tôi xin chân thành cảm cm! Tp, HCM ngày 28 tháng 12 năm 2015 i TÓM TẮT LUẬN ÁN Như biết, sống ngày phát triển, dịch vụ cho người ngày tăng, nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt bên cạnh yếu tố mơi trường ngày bị đe dọa nghiêm trọng Vì vậy, việc nghiên cứu tìm nguồn lượng thay nguồn lượng hóa thạch, thân thiện với môi trường Một nguồn lượng đáp ứng yếu tố pin nhiên liệu oxit rắn Trong loại pin nhiên liệu pin nhiên liệu oxit rắn đon buồng có cấu tạo đơn giãn, vận hành nhiệt độ trung bình, đem lại nhiều thuận lợi Mặc dù, điện cực catốt pin nhiên liệu oxit rắn làm từ vật liệu LSCF6428 có tính dẫn ion cao điện trở vật liệu cao Để giảm điện trở, tăng độ dẫn điện vật liệu cách pha tạp vật liệu SDC vào vật liệu LSCF6428 Vật liệu SDC tổng hợp theo phương pháp sol - gel với điều kiện: tỷ lệ mol ion kim loại/acid citric = 1:2, nhiệt độ tạo gel 80°C khoảng giờ, sấy 140°C giờ, pH = 9.5 ± 0.5, nhiệt độ nung 800°C thời gian nung giờ, nghiền ướt (C2H5OH) với bi zhconia Sản phẩm kiểm tra cấu trúc tinh thể XRD, cho thấy SDC có cấu trúc đơn tinh thể, kết SEM kích thước hạt đạt nano 150 - 200 nm Sau phối trộn tỷ lệ LSCF6428:SDC = 70:30 khối lượng đo điện trở điều kiện hỗn hợp khí CH4:O2:N2 = 2:1:2, nhiệt độ khảo sát từ 450 - 750°C kết điện trở hỗn hợp so với LSCF6428 giảm xuống nhiều, dãy nhiệt độ hoạt động rộng hơn, hệ số giãn nở nhiệt TEC phù hợp với chất điện mơi, kết SEM đạt kích thước nano ~ 300 nm, kết XRD có xuất số tạp chất đo điện trở Như vậy, với tỷ lệ vật liệu LSCF6428:SDC = 70:30 khối lượng, kết cho thấy khả ứng dụng làm vật liệu catốt cao số điều kiện hoạt động phù hợp cho ii trình hoạt động pin nhiên liệu oxit rắn đơn buồng (SC - SOFCs) iii ABSTRACT Nowadays, the life is developmented, the fossil fuel is empty and beside the envừoment is a polution So, the research to find new fuel, it can replace fossil fuel, good for envừonment One of the new energy source, it can be meet factors above, this is a solid oxide fuel cells Inparticular, the application of solid oxide fuel cells reactor operating at average temperatures bring many advantage Although, the cathode of solid oxide fuel cells is made from LSCF6428 material It has high conduction but the impedance is high For reducing impedance, increasing conductance of LSCF6428 by doping SDC into LSCF6428 material SDC material was synthesized by sol - gel method in conditions: ratio ion metal/acid citric = 1:2, temperature to get gel at 80°C in hour, dry at 140°C in hour, pH = 9.5 ± 0.5, calcined temperature at 800°C in hour, wet grinding (C2H5OH) with zhconia ball in hour SDC product has been checking by XRD, SEM has nano particles from 150 - 200 nm After mixing LSCF6428:SDC with ratio 70:30 in weigh and measuring impedance in gas compound CH4:O2:N2 with ratio 2:1:2, temperature 450° - 750°C, the result of impedance is reduced comparison with LSCF 6428 material, operating temperature is larger than, thermal expansion coefficient (TEC) is conformity with electtolyte, SEM result has nano ~ 300 nm Thus, material LSCF6428:SDC mixed with ratio 70:30 in weigh, the results show, it can be made cathode material and some operating condition is conformity for operating process of single chamber solid oxide fuel cells (SC - SOFCs) LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết quả, kết luận luận án trung thực không chép tài liệu từ tài liệu với hình thức Trong trình viết có tham khảo số nguồn thơng tin số tài liệu nguồn tài liệu trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo qui định Tác giả luận án Nguyễn Văn Tin iv MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i TÓM TẤT LUẬN ÁN ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC V DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan pin nhiên liệu 1.1.1 Lịch sử hình thành pin nhiên liệu 1.1.2 Khái niệm pin nhiên liệu 1.1.3 Cấu tạo pin nhiên liệu 1.1.4 Nguyên lý hoạt động 1.1.5 Phân loại pin nhiên liệu 1.1.5.1 Pin nhiên liệu Oxit ran (SOFC) 1.1.5.2 Pin nhiên liệu với màng trao đoi proton (PEMFCj a Khái niệm b Cẩu tạo c Hoạt động d Đặc tính màng trao đối proton V e Ứng dụng 1.1.5.3 Pin nhiên liệu kiềm (AFC) 1.1.5.4 Pin nhiên liệu Axỉt Phổtphoric (PAFC) 10 1.1.5.5 Pin nhiên liệu muối cacbornate nóng chảy (MCFC) 11 1.1.5.6 Pin nhiên liệu Mêtanon trực tiếp 12 1.2 Tổng quan pin nhiên liệu Oxit rắn (SOFC) .14 1.2.2 Phân loại 15 1.2.3 Cấu tạo 17 1.2.3.1 Anổt 17 1.2.3.2 Chẩt điện giải 18 1.2.3.3 Catổt 18 1.2.4 ưu nhược điểm pin nhiên liệu đơn buồng SC-SOFC 20 1.2.4.1 ưu điểm: 20 1.2.4.2 Nhược điểm: 20 1.3 Một số ưu điểm nhược điểm pin 20 1.3.1 Ưu điểm: 20 1.3.2 Nhược điểm: 21 1.4 Thực ttạng pin nhiên liệu 21 1.5 Tổng quan nghiên cứu nước nước 23 1.5.1 Trong nước 23 1.5.2 Ngoài nước 23 1.6 ứng dụng pin nhiên liệu 24 1.7 Vấn đề môi trường 25 vi 1.8 Kết luận 26 1.9 Vật liệu biến tính LSCF6428 26 1.9.1 Khái niệm 26 1.9.2 Các phương pháp tổng hợp 26 1.9.2.1 Phương pháp sol - gel 26 1.9.2.2 Phương pháp phản ứng pha rẳn 27 1.9.2.3 Phương pháp đồng kết tủa 28 1.9.3 ứng dụng LSCF6428 29 1.10 Vật liệu SDC (Samarium Doped Ceria) 29 1.10.1 Tinh chẩt vật liệu 29 1.10.2 ửng dụng vật liệu SDC 30 1.11 Điện trở kháng 30 1.12 Tính cấp thiết đề tài 30 1.13 Mục tiêu đề tài 31 1.14 Phương pháp tiếp cận giải vấn đề 31 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 31 2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 32 2.1.1 Hóa chất thiết bị 32 2.1.2 Phương pháp thực nghiệm 37 2.1.2.1 Tổng hợp vật liệu LSCF6428 theo phương pháp Sol-gel, dựa theo quy trình “ Nghiên cứu tong hợp vật liệu La0 ỹSr0 4Co0 2Fe0 8O ” theo tài liệu 37 2.1.2.2 Tổng hợp vật liệu SDC phương pháp Sol gel 39 2.1.3 Qui trình phối trộn LSCF - SDC chuẩn bị chạy hệ thống để đo trở kháng 39 vii hóa chất khác bổ trợ q trình tổng hợp acid citric (99%), ethylene glycol (98.0%), dung dịch ammonia (30%), C2H5OH (99.6%) hóa chất có xuất xứ từ Trung Quốc, nước cất sử dụng phòng thí nghiêm hóa vơ Dung dịch muối nitrate khuấy trộn theo tỷ lệ mol tương ứng Sm:Ce = 0.2, 0.8 Acid citric sử dụng q trình để tạo phức tính theo tỉ lệ ion kim loại, kim loại/acid citric = 1:2 Ethylene glycol sử dụng để tạo môi trường phân tán dùng dung dịch ammonia để điều chỉnh pH Hỗn hợp gia nhiệt đến 80°C khuấy khoảng để tạo thành gel có màu nâu đậm Gel sấy khô nhiệt độ 140°C khoảng để thu tro Sau đó, tán nhỏ tro nung nhiệt độ 800°C giờ, mơi trường khơng khí sau bột đem nghiền bi etanon nhằm loại bỏ kết khối tạo thành trình nung Tiếp tục tiến hành sấy khô 105°C để loại bỏ hết etanon, thu bột SDC [16], [44], Quy trình tổng hợp SDC dựa tài liệu tham khảo [16], [44], sản phẩm sau tổng hợp xong đem đo XRD để kiểm tra, peak SDC theo phổ chuẩn CeO2 nên quy trình tổng hợp SDC phù hợp, không khảo sát yếu tố ảnh hưởng 2.1.3 Qui trình phối trộn LSCF - SDC chuẩn bị chạy hệ thống để đo điện trở Trong trình nghiên cứu tính chất hỗn hợp LSCF6428 : SDC để khảo sát điện trở theo nhiệt độ từ 450 - 750°C Qua nghiên cứu tài liệu cố phương pháp để trộn vật liệu sau: > Phương pháp trộn khô học Hai vật liệu chuẩn bị đổ chung vào hũ có chứa lượng bi zữconia, sau thực trình trộn máy quay trục lăn khoảng thời gian định, với quy trình trộn khơ học khả phân tán loại vật liệu vào khó, phân bố khơng đồng đều, hiệu khơng cao làm ảnh hưởng đến kết thu hỗn hợp trình khảo sát > Phương pháp trộn ướt học Tương tự quy trình trộn khô học khác chỗ hỗn hợp trộn dung dịch etanon (C2H5OH) hên máy quay trục lăn khoảng thời gian định sau sấy khơ Với quy trình hiệu trộn, khả phân bố tương đối tốt, 40 dễ bị nhiễm tạp chất từ bên ngồi, quy trình đơn giản, không phức tạp > Phương pháp tẩm vật liệu Phương pháp khác hẳn hai phương pháp trên, vật liệu có tỷ lệ nhỏ trộn với dung dịch xác định (ví dụ: a - terpineol ethyl cellulose), sau tạo thành dạng hỗn hợp nhão tẩm hỗn hợp lên vật liệu lại với bề dày lượng định, sau sấy, tiếp tục tẩm, qui trình lặp lặp lại đạt theo yêu cầu ngừng Phương pháp cho hiệu cao, khả phân bố vật liệu vào quy trình thực phức tạp Qua phương pháp giới thiệu hên với phương pháp trộn ướt học tương đối phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm Vì vật liệu LSCF 6428 SDC trộn theo phương pháp trộn ướt Cách phối trộn vật liệu với thực theo bước sau: - Cân xác khối lượng vật liệu với tỷ lệ muốn khảo sát - Cho hỗn hợp chất vào hũ bi, bổ sung etanon với lượng phù hợp - Bắt đầu ttộn hỗn hợp ừong thời gian máy nghiền bi - Sấy khô hỗn hợp ttong tủ sấy khoảng nhiệt độ 105°C ttong - Tán nhỏ hỗn hợp bổ sung lượng nhỏ dung dịch PVA, ttộn - Tiến hành nén viên lực nén F = 9000 PSI - Nung viên pin nén xong nhiệt độ 1000°C ttong - Ket nối dây điện, máy đo trở kháng, lắp ráp hệ thống, tiến hành gia nhiệt, chạy hỗn hợp khí CH4:O2:N2 = 2:1:2 ghi nhận ừở kháng điểm nhiệt độ cần khảo sát 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 XRD Khảo sát độ tinh khiết sản phẩm sau tổng hợp, mẫu SDC thu gởi phân tích nhiễu xạ tia X máy D8 Advance - Brucker, trang bị nguồn CuKa, góc quét 20 = 20 - 80°, bước quét 0.05° Kích thước hạt tính dựa phương trình Scherrer (20) 0.9Ấ D= Bcosỡ Trong đó: 41 - D kích thước tinh thể - À chiều dài bước sóng - B chiều rộng vị trí 14 chiều cao peak - vị trí peak Số liệu đo phổ XRD mẫu bột CeO2 (JCPDS 81 - 0792) ghi nhiệt phòng 30°C, đỉnh có cường độ cực đại (111) ứng với 20 = 28.55° tương thích với cấu trúc tinh thể SDC Do đó, phổ XRD CeO2 chọn lọc làm phổ chuẩn để đối chiếu, so sánh với phổ XRD SDC sau tổng hợp 2.2.2 Độ xốp Độ xốp tỷ lệ phần trăm khe hở chiếm vật liệu so với thể tích chung vật liệu Mẩu vật liệu LSCF6428 trộn với SDC với tỷ lệ 80:20, 70:30, 60:40 sau nén viên với đường kính viên 15mm, độ dày 2mm Viên nén nung nhiệt độ 1000°C lgiờ, điều kiện nung mơi trường khơng khí Sau đó, mẫu cân khối lượng mơi trường nước khơng khí Từ liệu ta tính khối lượng riêng độ kết khối vật liệu tỷ lệ phối trộn khác Khối lượng riêng lý thuyết hỗn hợp LSCF6428 : SDC tính dựa sở ô mạng sở ứng với Ta có cơng thức tổng qt: plt= NA V Trong đó: • n = số phân tử mạng sở • M = 395.41 (g/mol): khối lượng mol hỗn hợp • NA = 6.023.1023 số Avơgađrơ • V = 240.68.10'24 (cm3): thể tích ô mạng sở ứng với a = 5.532.10'8 cm, b = 7.835.10' cm, c = 5.553.10'8 cm Vậy: 42 Khối lượng riêng thực tế hỗn hợp xác định theo phương pháp Acsimet với công thức sau: ptt= PH2O-Wti THi- m2 Trong đó: • PH2O = (g/cm3) khối lượng riêng nước • mf khối lượng hỗn hợp cân khơng khí • m2: khối lượng hỗn hợp cân nước Độ kết khối tính theo cơng thức sau: Độ kết khối = ptt/pitxioo% Độ xốp tính theo cơng thức sau: Độ xốp = 100 - độ kết khối 43 2.2.3 SEM Kích thước hạt vật liệu xác định phương pháp kính hiển vi quét SEM với độ phân giải khác Mẩu SDC LSCF6428 : SDC = 70:30 đo SEM kính hiển vi JEO- JSM7401F 2.2.4 TEC Các vật liệu khảo sát hệ số giãn nở nhiệt vật liệu, mẫu hỗn hợp bột LSCF6428 : SCD = 70:30 nén thành viên dạng hình trụ với kính thước 5x20 mm Sau đó, mẫu khảo sát độ giãn nỡ nhiệt độ khơng khí từ 1000°C máy Netzsch Dil 402 PC, với tốc độ gia nhiệt 5°c/phút Kết thu đem so sánh với TEC chất điện môi sở lựa chọn tỷ lệ phối trộn ứng dụng để chế tạo tế bào pin mong muốn để pin hoạt động tốt, catốt cần phải tương thích với chất chất điện giải Lý do, pin hoạt động nhiệt độ từ 600 - 800°C, với nhiệt độ độ giãn nở nhiệt thành phần pin phải tương đối đồng để hạn chế việc nứt, gãy pin Vì vậy, vật liệu LSCF6428 : SDC = 70:30 đo TEC, tỷ lệ khác khơng đạt điện trở nên không đo TEC không đạt 2.2.5 Đo điện trở Điện cực catốt tổng hợp từ vật liệu LSCF6428 phối trộn SDC với tỷ lệ ttộn khác (80:20, 70:30, 60:40) Dùng phương pháp ttộn ướt (C2H5OH) ttong giờ, sấy khô, tán nhỏ sau bổ sung vài giọt dung dịch PVA 1% ttộn đều, nén tạo viên có đường kính 15 mm, bề dày mm, nung nhiệt độ 1000°C, ttong Sau dùng keo Ag để dán dây đồng lên mặt viên pin, đầu dây đồng dán viên, chiều dài dây đồng 75 cm dây, hai đầu lại dây đồng nối với máy đo điện ttở Quá trình đo tiến hành từ khoảng nhiệt độ 450 - 750°C với tỷ lệ khí CH4:O2:N2 = 2:1:2 Trong q trình chạy có sử dụng khí N2 để chống cháy nổ, đảm bảo an tồn 44 Hình 2.4: Mơ hình khảo sát điện trở vật liệu catốt 45 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể với XRD Mẩu tổng hợp theo quy trình theo hình 2.3 phải qua giai đoạn nung, giai đoạn thay đổi nhiệt độ theo thời gian mô tả sau, sau sấy 140°C khoảng thời gian ta thực trình nung: • Giai đoạn 1: Gia nhiệt từ nhiệt độ phòng 30°C lên nhiệt độ 800°C q trình tổng hợp SDC, 1000°C nung mẫu để đo điện trở, với tốc độ gia nhiệt 10°C/phút • Giai đoạn 2: Nung mẫu nhiệt độ 800°C tổng hợp SDC, 1000°C nung mẫu để đo điện trở • Giai đoạn 3: Giảm nhiệt độ đến 300°C lò nung, giảm nhiệt độ đến nhiệt độ phòng khơng khí Nhiệt độ oC GIẢN ĐỒ NUNG Hình 3.1: Giản đồ nung mẫu 46 3.1.1 Khảo sát cấu trúc tinh thể SDC Mẩu sau nung SDC nhiệt độ 800°C ửong giờ, sau mẫu đem đo cấu trúc tinh thể XRD thu kết sau Nhiễu xạ XRD bột SDC trình bày hình 3.2, peak mẫu SDC tương thích với peak chuẩn CeO2 (vì tỷ lệ Samarium ừong hỗn hợp nhỏ ta sử dụng XRD CeO2 làm phổ chuẩn để so sánh), vật liệu SDC đạt đơn pha, mức độ tinh thể hóa cao, khơng có tạp chất Sm pha tạp vào CeO2 không xuất thêm peak nào, đồng thời so sánh kết XRD SDC tổng hợp khảo sát nhiệt độ từ quy trình tham khảo hình 3.3 thấy peak hồn tồn phù hợp Do đó, SDC tổng hợp dùng phối ưộn với LSCF6428 làm vật liệu catốt cho pin nhiên liệu rắn ttong thí nghiệm 47 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nung lên cấu trúc tinh thể tham khảo theo tài liệu [45] Hình 3.3: Kết XRD SDC tổng hợp nung nhiệt độ khác theo tài liệu tham khảo [45], Dựa vào hình 3.3 cho thấy kết cấu trúc tinh thể XRD SDC tác giả Sanchez - Bautista tổng hợp khảo sát nhiệt độ nung, nhiệt độ nung 673°K ttong 10 peak khơng xuất rõ, chứng tỏ với nhiệt độ chưa đốt cháy tạp chất đó, nâng nhiệt độ lên từ 873 -ỳ 1173°K peak bắt đầu xuất rõ nét, vị trí peak giống với peak sản phẩm SDC tổng hợp theo qui trình 2.3 [45], 48 3.1.3 Kết XRD hỗn hợp LSCF6428:SDC 2tì Hình 3.4: Kết XRD hỗn hợp LSCF6428 : SDC = 70:30 Qua hình 3.4 ta thấy sau chạy mẫu LSCF6428 : SDC hỗn hợp khí CH4:O2:N2 = 2:1:2 khoảng nhiệt độ khảo sát từ 450 - 750°C, kết XRD mẫu có xuất đầy đủ peak hai loại vật liệu LSCF6428 SDC Nhưng bên cạnh có xuất so peak lạ (mũi tên đỏ) nằm ttong hỗn hợp này, điều cho thấy hỗn hợp sau chạy xong có sinh tạp chất So sánh với kết tác giả Jidong Zhang, Yuan Ji theo hình 3.5 nung hỗn hợp LSCF - SDC nhiệt độ 950°C [46], ta thấy kết tương đối giống với kết theo hình 3.4, điều cho thấy kết vật liệu LSCF6428 - SDC sau ừộn đạt yêu cầu 49 Kết cấu trúc tinh thể XRD tham khảo từ tài liệu [46] 3.1.4 LSCF+SDC+Ag 85ơ’c LSCF+SDC 950L'C cd ■-!4-» • FH CZỊ Si —1 A- LSCF Powder Hình 3.5: Kêt đo XRD hợp LSCF6428 - SDC theo tài liệu [46], 3.2 Độ xốp hỗn họp Do độ xốp yếu tố ảnh hưởng đến khả vận chuyển 02 tới vị trí phản ứng Vì vậy, sở để chọn tỷ lệ trộn LSCF6428 SDC Sau kết khảo sát độ xốp hỗn hợp LSCF6428 SDC với tỷ lệ trộn hỗn hợp nung 1000°C Bảng 3.1: Kết độ xốp hỗn hợp LSCF6428:SDC tương ứng với tỷ lệ STT Tỷ lệ phối trộn 80:20 ĩrâi(g) 1.6620 "12(g) Ptt (g/cm3) Độ kết khối (%) Độ xốp (%) 1.5012 10.57 75.53 ± 0.24 24.47 70:30 1.5788 1.4205 9.98 73.14 + 0.29 26.86 60:40 1.6416 1.4718 9.67 70.89 + 0.26 29.11 Trong độ kết khối vật liệu LSCF6428 cao bảng sau: 50 STT Bảng 3.2: Kết xác định độ kết khối theo tài liệu tham khảo [43], Độ kết khối ptt Nhiệt độ Wil (g) WĨ2(g) Độ xốp (%) (°C) (g/cm3) (%) 900 1.6376 1.3582 5.86 76.32 ± 0.21 23.68 1000 1.6912 1.4027 5.86 76.32 ± 0.25 23.68 1100 1.6057 1.3350 5.93 77.24 ± 0.32 22.76 1300 1.6061 1.3523 6.33 82.40 ± 0.28 17.60 1400 1.5946 1.3561 6.69 87.06 ± 0.27 12.94 Kết bảng 3.1 thể trộn vật liệu SDC vào độ kết khối vật liệu giảm, độ xốp tăng lên, cụ thể nhiệt độ 1000°C vật liệu LSCF6428 có độ xốp 23.68%, sau pha SDC vào tưong ứng với tỷ lệ LSCFỐ428:SDC = 60:40, 70:30, 80:20 độ xốp tăng dần tương ứng 24.47%, 26.86%, 29.11% Vì độ xốp tăng nên khả vận chuyển khí 02 đến vị trí phản ứng tăng Tỷ lệ vật liệu SDC phối trộn vào LSCF6428 nhiều độ xốp tăng lên cao nhung vật liệu LSCF6428 chất xúc tác phản ứng điện cực catốt, việc chọn tỷ lệ LSCF6428 SDC với mức độ thích hợp So sánh với kết tác giả Linda Agun, Hamimah Abd Rahaman độ xốp hỗn hợp đạt 27.36% [47], Do đó, qua bảng 3.1 ta chọn tỷ lệ hỗn hợp LSCF6428 : SDC = 70:30 với độ xốp 26.68% phù hợp để ứng dụng ttong pin SOFCs 3.3 Kết đo SEM SDC hỗn hợp LSCF6428 : SDC = 70:30 3.3.1 SEM vật liệu SDC Mẩu sau nung nhiệt độ 800°C ửong giờ, nghiền bi ửong C2H5OH với thời gian giờ, sấy khô tiến hành đo SEM thu kết sau: 51 Hình 3.6: Kết SEM vật liệu SDC Qua hình 3.4 ta thấy sản phẩm có độ xốp có kích thước nano, kích thước hạt từ trung bình từ 150 - 200nm Trong nghiên cứu Pichestapong Injarean tổng hợp SDC có kích thước hạt trung bình từ 80 - 200nm [48], ta thấy vật liệu SDC tổng hợp phương pháp sol - gel đề tài đạt kích thước nano, có kích thước hạt nhỏ nên diện tích bề mặt riêng lớn, vật liệu có độ xốp nên phù hợp làm xúc tác cho vật liệu catốt 52 3.4.2 SEM hỗn hợp LSCF6428 : SDC = 70:30 Mẩu sau trộn, ép viên, đem nung nhiệt độ 1000°C giờ, đo SEM, kết thu sau: •CTWSI SE SIM LE1 iũtv MWJM woacnn Ito.n tCT-VAST SE SEM LB 5JW VC7j!r»ii l^n Hình 3.7: Kết SEM hỗn hợp LSCF6428 : SDC = 70:30 Qua hình 3.5 ta thấy sản phẩm có kích thước nano, kích thước hạt ~ 300 nm, vật liệu có cấu trúc xốp, kết nối liên tục Theo nghiên cứu Chanjing Fu, Kening Sun với đồng nghiệp khác mẫu nung 1000°C kích thước hạt từ 100 - 300 nm [49], Do ta thấy hỗn hợp vật liệu LSCF6428 : SDC = 70 : 30 đạt kích thước hạt nano so sánh với tác giả khác, kích thước hạt nhỏ nên diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp cao phù hợp cho việc vận chuyển o2 đến phản ứng, với hỗn hợp phù hợp với yêu cầu làm vật liệu catốt 53 3.4 Đo hệ số giãn nở nhiệt (TEC) Qua kết đo điện trở ta định chọn tỷ lệ trộn LSCF6428:SDC với tỷ lệ 70:30 phù hợp để đo hệ số giãn nở nhiệt (TEC) thu kết sau: Bảng 3.3: Kết đo hệ số giãn nở nhiệt Giá trị TEC vật liệu LSCF 6428 : SDC = 70:30 đo (1O'6/°C) 14.7 LSCF6428 (loVC) [43] SDC (1O'6/°C) [50], [51] 17.9 12.8 o.—La2Mo2O9 (chất điện giải) (ÌOỶC) [52] 14-15 Với TEC vật liệu LSCF 6428 lớn chất điện giải a-La2Mo2O9, ttong vật liệu SDC có TEC thấp Vì vậy, để vật liệu làm catốt có TEC gần với chất điện mơi ta ttộn LSCF 6428 với SDC, ttong nghiên cứu ta ttộn LSCF6428 : SDC = 70:30 kết TEC thu phù hợp, nằm ttong khoảng chất điện giải, pin hoạt động không xảy giãn nở nhiệt 54 ... vê pin nhiên liệu oxyt rắn (SOFCs) - Nghiên cứu phương pháp tổng hợp vật liệu làm catốt - Tổng hợp vật liệu SDC kết hợp với vật liệu LSCF 6428 làm vật liệu catốt - Khảo sát tính chất vật liệu, ... TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP SDC, KẾT HỢP VỚI LSCF 6428 I VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH ĐỂ ÚNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU CATỐT CHO PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN (SOFCs) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu tông... cực catốt pin nhiên liệu oxit rắn làm từ vật liệu LSCF6 428 có tính dẫn ion cao điện trở vật liệu cao Để giảm điện trở, tăng độ dẫn điện vật liệu cách pha tạp vật liệu SDC vào vật liệu LSCF6 428 Vật