Vpliv pogojev sintranja na mikrostrukturo in električne lastnosti trdne raztopine cirkonijevega oksida in itrijevega oksidaPerko, Blaž (Avtor) Markoli, Boštjan (Mentor) Bradeško, Andraž (Komentor) Karpe, Blaž (Član komisije za zagovor) Terčelj, Milan (Član komisije za zagovor) cirkonijev oksidcelice s trdnim oksidnim elektrolitomsintranjeelektrolitnalivanje plastiimpedančna spektroskopijaV diplomskem delu sem preiskoval mikrostrukturo in električne lastnosti cirkonijevega oksida stabiliziranega z itrijevim oksidom (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 ali (angl. Yttria Stabilized Zirconia ali YSZ), ki je osnovni gradnik celic s trdnim oksidnim elektrolitom (angl., Solid Oxide Cells ali SOC). SOC se v zadnjem času izkazujejo kot učinkovit vmesni člen med obnovljivimi viri energije in porabniki za stabilizacijo električnega omrežja. V času presežka energije proizvajajo vodik, ob pomanjkanju energije pa ga pretvarjajo v električno energijo. SOC so sestavljene iz gorivne in kisikove elektrode, ter trdnega oksidnega elektrolita. SOC delujejo pri visokih temperaturah, običajno med 700 °C in 1000 °C, zato sta kontrolirana izdelava in razumevanje lastnosti materialov ključnega pomena. V diplomskem delu sem pripravil elektrolit, trdno raztopino YSZ, in ga podrobno preučil. V literaturnem pregledu je podrobno opisana keramika YSZ, tehnologije izdelave ter električne lastnosti. Eksperimentalen del obsega pripravo keramične suspenzije, ki je vključevala prašek YSZ, topilo, vezivo in plastifikator. S tehniko nalivanja plasti na podlago sem pripravil keramično plast, ki sem jo s postopkom laminacije združili v večplastno strukturo. Iz večplastne strukture sem z laserskim izrezovalnikom pripravil vzorce v obliki diskov. S pomočjo segrevalnega mikroskopa sem nato določil območje sintranja keramike YSZ. Vzorce sem sintrali v komorni peči v temperaturnem območju od 1300 °C do 1500 °C, 3h. Mikrostrukturo sintranih vzorcev sem analizirali z vrstičnim elektronskim mikroskopom. Električne lastnosti sem ovrednotil z elektrokemijsko impedančno spektroskopijo s katero sem preko Nyquistovih diagramov ločil prispevke zrn, mej med zrni in elektrod k celotni upornosti materiala. Rezultati so pokazali, da višanje temperature sintranja povečuje velikost zrn, hkrati pa dobimo nižjo relativno gostoto. Ugotovil sem, da z večanjem zrn ionska prevodnost materiala narašča. Pri temperaturi 1450 °C in višje pa je poroznost materiala tako velika, da pore pričnejo zmanjševati ionsko prevodnost in izničijo vpliv večanja zrn. Lastnosti keramike YSZ so odvisne od številnih procesnih parametrov, ki vključujejo pripravo stabilne suspenzije, pogoje nalivanja, natančno izdelavo zložkov in izbor ustreznih pogojev sintranja. Z obvladovanjem teh parametrov lahko pripravimo keramiko z gosto in enakomerno mikrostrukturo, kar je ključno za načrtovanje lastnosti YSZ predvsem za uporabo v SOC. Ključne besede: cirkonijev oksid, celice s trdnim oksidnim elektrolitom, sintranje, elektrolit, nalivanje plasti, impedančna spektroskopijaB. Perko20262026-07-02 09:00:11Diplomsko delo/naloga184227UDK: 669VisID: 114152COBISS_ID: 284581123sl