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 Advanced densification methods of BaZrO3-based proton conducting materials
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/2298

title: Advanced densification methods of BaZrO3-based proton conducting materials
authors: Zhang, Xiaoli
advisors: Frade, Jorge Ribeiro
Fagg, Duncan Paul
keywords: Engenharia de materiais
Materiais cerâmicos
Condutores protónicos
Zirconato de bário
Perovsquite
issue date: 2009
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: Materiais de BaZrO3, dopado com Y apresentam boa estabilidade química e mecânica e elevada condutividade protónica o que torna possível a sua aplicação como SOFC a temperaturas intermédias. No entanto, para no futuro, poderem serem utilizados como condutores protónico eficazes, há vários obstáculos que têm de ser ultrapassados, como a baixa sinterabilidade ou a elevada resistência na fronteira de grão. Foram estudados potenciais aditivos de sinterização, entre os quais, H3BO3, BaB2O4, (NH4)H2PO4, H3PO4, Zn(NO3)2, ZnO, e BaCl2, e analisado o seu efeito na sinterização e microestrura. Por adição de H3BO3, a densificação da amostra cerâmica de BaZrO3 iniciou-se a temperatura mais baixa quando comparada com a amostra sem aditivo e a densificação obtida atingiu os 97%. Independentemente do tipo de solução utilizada, os aditivos H3BO3 e BaB O 2 4, não se revelaram eficazes para a densificação da amostra cerâmica de BaZr0.85Y0.15O3. Investigação do parâmetro de rede indicou que os fases Ba3B O or YBO +BaCO , B2 6 3 3 com altas temperaturas de fundação, podem formar. TGA supportou a ideia que o fase YBO3 forma.A utilização de P 5+ como aditivo de BZY15 não conduziu à diminuição da temperatura de início da sinterização ou a um aumento da densidade após sinterização. A distribuição homogénea de Zn em BZY15 conduz a um acentuado e relativamente uniforme crescimento de grão, que, por sua vez, resulta em densificaçãoes elevadas (>90%) por adição de 4mol% de Zn. Na ausência de fases líquidas, sugere-se que a densificação tenha lugar através da difusão das partículas no estado sólido. Com base nos ensaios realizados, concluiu-se que a adição de BaCl2 não é suficiente para um aumento eficaz de densificação. ABSTRACT: Y-doped BaZrO3(BZY) materials show good chemical and mechanical stability and high proton conductivity which is sufficient for intermediate temperature SOFC application. But there are several barriers for Y-doped BaZrO3 to overcome before it can be implemented as a protonic conductor electrolyte material in the future. These are, poor sinterability and high grain boundary resistance. In this thesis work, we aim to improve the sinterability of BaZr0.85Y0.15O3 (BZY15) materials by adding sintering additives. Several potential sintering additives were studied, which are H3BO3, BaB2O4, (NH4)H2PO4, H3PO4, Zn(NO3)2, ZnO, and BaCl2, both densification behavior and microstructure were examined. By adding H3BO3, densification of BaZrO3 (BZO) material was dramatically improved. Doped samples showed lower sintering starting temperature and much higher sintered density (97% that of theoretical density) compared with undoped BaZrO3. Regardless of the solution type, H3BO3 and BaB2O4 did not work as sintering aids for BaZr0.85Y0.15O3-δ. Lattice parameter analysis and indicates that high melting temperature phases Ba3B O or YBO +BaCO B2 6 3 3 were likely formed during sintering. TGA analysis reinforces the suggestion that the YBO3 phase forms. The use of (NH4)H2PO4, H3PO4 and BaCl2·2H2O as additives in BZY15 did not allow a decrease of sintering starting temperature or an increase of sintered density, highlighting the failure of them to be sintering additives for BZY15. Zn added BZY15 showed enhanced densification and relatively uniform grain growth of the host oxide. Despite better wetting of the grains and high intergrain contact in the methanol solution doped cases, slightly lower densities are obtained than in the ball milled case due to the presence of large pores. In the P-doped and Zn-doped compositions, the addition of sintering additives by solution doping leads to large pores due to precursor decomposition, lowering final densities.
description: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/2298
appears in collectionsCV - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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