Ditlenek ceru domieszkowany tlenkami ziem rzadkich stanowi obiecujący materiał elektrolitowy dla stałotlenkowych ogniw paliwowych SOFC {Solid Oxide Fuel Cell) pracujących w zakresie umiarkowanych temperatur 600 - 800°C, w szczególności w porównaniu z obecnie stosowanym elektrolitem opartym na domieszkowanym ZrO2.
Celem niniejszej pracy było opracowanie optymalnego składu chemicznego i procedury otrzymywania elektrolitu stałego dla stałotlenkowych ogniw paliwowych. W pracy skupiono się na materiałach na bazie CeO2 domieszkowanego tlenkami
ziem rzadkich: Y2O3, Nd2O3, Sm2O3, Gd2O3 oraz Dy2O3. Prowadzono badania w celu
określenia wpływu zawartości domieszki oraz jej rodzaju na właściwości strukturalne, transportowe, podatność na redukcję w atmosferach beztlenowych, rozszerzalność cieplną i stabilność chemiczną elektrolitu w kontakcie z materiałem anodowym i katodowym. Podjęto próbę określenia, czy połączenie różnych domieszek wpływa na właściwości transportowe synergicznie, czy addytywnie. Ponadto zbadano wpływ dodatku niewielkich ilości tlenków metali przejściowych: Cr2O3,
Fe2O3, NiO i CuO na spiekalność, właściwości strukturalne i transportowe materiałów
na bazie CeO2. Wybrane materiały elektrolitowe wykorzystano do konstrukcji ogniw
paliwowych, na których przeprowadzono testy właściwości użytkowych: napięcia ogniwa nieobciążonego, zależności prąd - napięcie, strat polaryzacyjnych oraz ich zależności od temperatury.
Uzyskane wyniki potwierdziły przydatność opracowanych materiałów, jako materiałów elektrolitowych dla ogniw SOFC pracujących w zakresie temperatur 600 - 800°C. W szczególności elektrolit o składzie Ce0,85Gd0,15O1,925 modyfikowany przez
Rare earth oxides doped cerium dioxide is a promising electrolyte material for Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) working in 600 - 800°C temperature range, especially when compared with doped ZrO2 - currently used electrolyte material.
The aim of this work was to find the best chemical composition and synthesis procedure of solid electrolytes for Solid Oxide Fuel Cells. The thesis is focused on CeO2 doped with Y2O3, Nd2O3, Sm2O3, Gd2O3 and Dy2O3. The effects of amount and
type of a dopant on structural and transport properties have been evaluated as well as reducibility, thermal expansion and chemical stability of electrolyte material in contact with anode and cathode materials. It has been determined if complex compositions of dopants have synergetic or additive effect on transport properties. Moreover, the influence of addition of small amount of transition metal oxides (Cr2O3,
Fe2O3, NiO and CuO) into ceria-based electrolytes on sinterability, structural and
transport properties was appraised. Selected electrolyte materials were used for construction of a fuel cell assembly. Crucial parameters of the cell: open circuit voltage, voltage - current and power - current characteristics, polarization losses and their dependence on temperature were measured.
The obtained results confirmed applicability of the prepared materials as electrolytes for Solid Oxide Fuel Cells working in 600 - 800°C temperature range. Especially material with composition of Ce0,85Gd0,15O1,925 modified by the addition of
