توسعه¬ي پوشش هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال دهنده در پيل هاي سوختي اکسيد جامد

دانلود

 فهرست مطالب
صفحه
عنوان
8
فهرست مطالب . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
چکيده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
فصل اول: مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
فصل دوم: مباني علمي و مروري بر پژوهش­ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
2-1- پيل­هاي سوختي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
2-1-1- اصول عملکرد پيل­هاي سوختي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2-1-2- آرايه­ي پيل­هاي سوختي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
آرايه­ي حاصل از چيدمان پيل­هاي صفحه­اي تخت . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
آرايه­ي حاصل از چيدمان پيل­هاي يکپارچه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
آرايه­ي حاصل از چيدمان پيل­هاي لوله­اي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2-1-3- انواع پيل­هاي سوختي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
پيل سوختي اکسيد جامد (SOFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2-1-4- مقايسه­ي انواع پيل­هاي سوختي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
2-2- مواد پيل­ سوختي اکسيد جامد . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
2-2-1- الکتروليت . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
2-2-2- کاتد . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
2-2-3- آند . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
2-2-4- اتصال­دهنده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
اتصال­دهنده­هاي فلزي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
آلياژهاي پايه کروم . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
آلياژهاي پايه آهن (فولادهاي زنگ نزن فريتي) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
2-3- پوشش­هاي اکسيد عناصر فعالبر روي اتصال­دهنده­هاي فلزي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
2-4- پوشش­هاي پروسکايتي خاکي کمياب بر روي اتصال­دهنده­هاي فلزي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
2-5- پوشش­هاي اسپينلي بر روي اتصال­دهنده­هاي فلزي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
2-5-1- پوشش­هاي اسپينلي ايجاد شده با روش پوشش دهي دوغابي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
2-5-2- پوشش­هاي اسپينلي ايجاد شده با روش سل-ژل . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
2-5-3- پوشش­هاي اسپينلي ايجاد شده با روش رسوب­دهي الکتريکي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
2-6- مقايسه­ي پوشش­هاي اسپينلي با پوشش­هاي اکسيد عناصر فعال و پروسکايتي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
2-7- جمع­بندي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
 
 
 
هشت
 
 
73
فصل سوم: روش تحقيق . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
73
3-1- توليد پودرهاي اسپينلي CuxMn3-xO4 (3/1≥x≥9/0) با استفاده از روش گليسين-نيترات همراه با آسيا­کاري مکانيکي . . . .
75
3-2- مشخصه­يابي ميکروساختاري پودرهاي اسپينلي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
3-2-1- آناليز پراش پرتوي ايکس XRD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
3-2-2- آناليز حرارتي TG/DTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
3-2-3- مشاهدات ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و عبوري (TEM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
3-3- اندازه­گيري رسانايي الکتريکي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
3-4- توليد و مشخصه­يابي پودرهاي کامپوزيتي Cu1.3Mn1.7O4/La2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
3-5- توليد و مشخصه­يابي پودرهاي اسپينلي آلايش­ شده با لانتانيوم Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (x=0.3,0.5) . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
3-6- انجام فرآيند پوشش­دهي بر روي فولاد زنگ­نزن فريتي AISI 430 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
3-7- مشخصه­يابي پوشش . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
فصل چهارم: نتايج و بحث . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
4-1- سنتز احتراقي و مشخصه­يابي پودرهاي اسپينلي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
4-2- رسانايي الکتريکي پودرهاي اسپينلي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
4-3- ميکروساختار قطعات پوشش داده شده و بدون پوشش . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
4-3-1- قطعات بدون پوشش AISI 430 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
4-3-2- قطعات AISI 430 پوشش داده شده با Cu1.3Mn1.7O­4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
107
4-3-3- قطعات AISI 430 پوشش داده شده با کامپوزيت Cu1.3Mn1.7O­4/La2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117
4-3-4- قطعات AISI 430 پوشش داده شده با پودرهاي اسپينلي آلايش­ شده با لانتانيوم Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (x=0.3,0.5)
124
4-4- اندازه­گيري­هاي مقاومت ويژه­ي سطحي (ASR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127
فصل پنجم: نتيجه گيري . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127
5-1- نتيجه­گيري . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
129
5-2- پيشنهادات . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
130
مراجع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
 
نه
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
چکيده
 
فولادهاي زنگ نزن فريتي با قابليت تشکيل اکسيد کروم از جمله­ي بهترين گزينه­ها به عنوان اتصال­دهنده در پيل­هاي سوختي اکسيد جامد، محسوب مي­شوند. اين در حالي است که کاهش رسانايي الکتريکي در حين کار در دماي بالا، تبخير کروم و مشکل مسموميت کاتد که ناشي از رشد اجتناب­ناپذير پوسته­ي اکسيدي Cr2O3 است، چالش مهمي در برابر کاربرد اين گروه از اتصال­دهنده­هاي فلزي است. به منظور حفاظت از پيل سوختي اکسيد جامد در برابر مسمويت کرومي کاتد و بهبود مقاومت ويژه­ي سطحي آن در طي عمر کاري تعيين شده، پوشش اسپينلي Cu1.3Mn1.7O4 به روش حرارتي بر روي زيرلايه­هاي فولادي AISI 430 رشد داده شد. در اين راستا، ابتدا پودرهاي اسپينلي CuxMn3-xO4 (3/1≥x≥9/0) با روش گليسين-نيترات همراه با آسياکاري مکانيکي توليد و سپس مورد ارزيابي­هاي ميکروساختاري نظير پراش پرتوي ايکس، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، ميکروسکوپ الکتروني عبوري و آناليز حرارتي و تعيين رسانايي الکتريکي به روش جريان مستقيم، قرار گرفتند. در ادامه، اثر اضافه شدن لانتانيوم به ترکيب پوشش اسپينلي بر روي مکانيزم رشد زيرپوسته­ي اکسيدي Cr­2O3 و رفتار الکتريکي اتصال­دهنده­ي AISI 430 در دماي کاري پيل سوختي اکسيد جامد (750 درجه­ي سانتيگراد) بررسي شد. بدين منظور، دو نوع پوشش حاوي لانتانيوم شامل پوشش­هاي کامپوزيتي Cu1.3Mn1.7O4/La2O3 (حاوي 12 و 22 درصد وزني از ذرات اکسيدي) و پوشش­هاي آلايش شده­ي Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (5/0و3/0=x) بر روي زيرلايه­ي فولادي اعمال شدند. نتايج نشان داد که پوشش اسپينلي Cu1.3Mn1.7O4 نه تنها مقدار مقاومت ويژه­ي سطحي را کاهش مي­دهد، بلکه به عنوان مانع مؤثري در برابر مهاجرت کروم به سمت پوشش و کاتد عمل نموده و رشد زيرپوسته­ي اکسيدي را محدود مي­نمايد. نتايج آناليز طيف­سنج توزيع انرژي نشان داد که يک ناحيه­ي اسپينل مخلوط با نفوذپذيري محدود براي اکسيژن، ميان پوشش و زيرلايه پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد شکل گرفت و به اين ترتيب رشد زيرپوسته­ي اکسيد کروم (2~ ميکرومتر) در مقايسه با نمونه­ي بدون پوشش (4~ ميکرومتر) کاهش چشمگير يافت. در نمونه­هاي پوشش داده شده­ي کامپوزيتي و آلايش شده، فاز پروسکايتي LaCrO3 در اثر نفوذ درهم ميان Cr2O3 و يا CrO3 با La2O3 تشکيل شد. توزيع اين فاز در نمونه­هاي کامپوزيتي به صورت نانوذرات آگلومره و در نمونه­هاي آلايش شده به صورت نانوذرات با توزيع يکنواخت و جداگانه ارزيابي گرديد. حضور نانوذرات LaCrO3 در راستاي پوشش و زيرپوسته­ اکسيدي همراه با نقش مؤثر پوشش اسپينلي زمينه، سبب شد تا ضخامت زيرپوسته­ي اکسيدي در نمونه­­هاي کامپوزيتي و آلايش شده پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد به ترتيب، به 1~ ميکرومتر و زير ميکرون کاهش يابد. ذکر اين نکته ضروري است که اين پوشش­ها مانع مؤثري در برابر مهاجرت کروم عمل نموده و آناليز طيف­سنج توزيع انرژي عدم حضور کروم در کاتد متصل به اين قطعات را تأييد نمود. بر اساس نتايج به دست آمده، مشخص شد که توزيع يکنواخت نانوذرات جداگانه­ي LaCrO3 در نمونه­هاي آلايش شده نسبت به نمونه­هاي کامپوزيتي عاملي در جهت کاهش ضخامت زيرپوسته­ي اکسيدي تا مقادير زير ميکرون است. نتايج آزمون مقاومت ويژه­ي سطحي براي نمونه­ي بدون پوشش نشان داد که مقدار آن پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد، 5/63 ميلي اهم سانتيمتر مربع است؛ اين در حالي است که مقاومت ويژه­ي سطحي براي نمونه با پوشش اسپينلي پس از زمان مشابه، با 70 درصد کاهش نسبت به نمونه­ي بدون پوشش، به 3/19 ميلي اهم سانتيمتر مربع رسيد. علت اين کاهش قابل توجه به عواملي نظير رسانايي الکتريکي چشمگير ترکيب اسپينلي Cu1.3Mn1.7O4 (140زيمنس بر سانتيمتر)، کاهش رشد زيرپوسته­ي اکسيدي و اتصال مناسب ميان پوشش و زيرلايه نسبت داده شد. حضور نانوذرات رساناي LaCrO3 در راستاي زيرپوسته­ي اکسيدي و همچنين زمينه­ي اسپينلي و کاهش قابل توجه ضخامت زيرپوسته در نمونه­هاي کامپوزيتي و آلايش شده منجر به کاهش به ترتيب 22 درصدي (15 ميلي اهم سانتيمتر مربع) و 49 درصدي (9/9 ميلي اهم سانتيمتر مربع) مقاومت ويژه­ي سطحي در مقايسه با نمونه­ي داراي پوشش اسپينلي پس از 500 ساعت اکسيداسيون در 750 درجه­ي سانتيگراد، گرديد.
 
کلمات کليدي: اتصال­دهنده، اسپينل، پوشش، پيل سوختي اکسيد جامد، فرآيند گليسين-نيترات، فولاد زنگ نزن فريتي، رسانايي الکتريکي.
 
 
فصل اول
مقدمه
  افزايش آگاهي از فاکتورهاي زيست­­محيطي و منابع محدود انرژي سبب تحولي عميق در روش تأمين و توليد انرژي شده است. پيل­هاي سوختي ابزاري متفاوت براي توليد انرژي الکتريکي از انواع سوخت­ها محسوب مي­شوند چرا که الکتريسيته را به صورت مستقيم از ترکيب الکتروشيميايي سوخت­ گازي با يکاکسيدکننده، توليد مي­کنند. واحد ساختماني يک پيل سوختي متشکل از يک لايه­ الکتروليت در تماس با يک آند و يک کاتد در دو سوي مخالف است. سوخت و اکسيد کننده (اغلب اکسيژن موجود در هوا) به ترتيب به آند (الکترود منفي) و کاتد (الکترود مثبت) تغذيه شده و واکنش­هاي الکتروشيميايي در الکترودها، به منظور توليد جريان الکتريکي انجام مي­گيرند. ولتاژ ايجاد شده توسط هر يک از پيل­هاي سوختي کوچک بوده و در محدوده­ي 2-1 ولت مي­باشد. به اين ترتيب لازم است تا اين پيل­ها از طريق اتصال­دهنده­هاي رساناي الکتريکي به يکديگر اتصال يابند. وظايف اصلي اتصال دهنده­، تأمين اتصال سري الکتريکي ميان سلول­هاي مجاور و ايجاد يک مانع گازي در برابر اختلاط سوخت و اکسيدکننده در آن­هاست.
پيل سوختي اکسيد جامد (SOFC)[1] به دليل مزاياي قابل توجه نظير بازدهي بالا 65-45 درصد و گستره­ي نيرو محرکه­ي توليدي وسيع (1 کيلو وات تا 10 مگا وات) نسبت به ساير انواع پيل­هاي سوختي، در سال­هاي اخير مورد توجه محققين قرار گرفته است. در گذشته دماي کاري پيل سوختي اکسيد جامد به دليل رسانايي ضعيف الکتروليت­هاي جامد، 1000~ درجه­ي سانتيگراد در نظر گرفته مي­شد. اين در حالي است که کاربرد الکتروليت­هاي نازک[2]، دماي کاري اين پيل­ را به محدوده­ي 850-650 درجه­ي سانتيگراد کاهش داده است. اين امر امکان استفاده از اتصال­دهنده­هاي فلزي را به عنوان جايگزيني براي اتصال­دهنده­هاي سراميکي فراهم آورده است. دو مشکل اصلي اتصال­دهنده­هاي سراميکي شامل هزينه­ي بالاي ساخت و صلبيت نسبي آن­هاست که سبب ترد شدن اين گروه از مواد شده است. در مقايسه با سراميک­ها، ساخت اتصال­دهنده­هاي فلزي آسان­تر و هزينه­ي آن­ها کمتر خواهد بود.
انطباق مطلوب رفتار انبساط حرارتي فولادهاي زنگ­نزن فريتي داراي قابليت تشکيل اکسيد کروم[3] (نظير AISI 430، Crofer22 APU، ZMG 232 L ...) با ساير اجزاء سراميکي پيل سوختي، کارپذيري و ماشين­کاري مناسب، رسانايي بالاي حرارتي و الکتريکي وهمچنين يکپارچگي ساختاري اين گونه فولادها سبب شده است تا توجه چشمگيري به اين گروه از مواد به عنوان اتصال­دهنده معطوف شود. اين در حالي است که اکسيداسيون شديد در دماي کاري پيل سوختي اکسيد جامد (850-650 درجه­ي سانتيگراد) منجر به رشد پيوسته­ي پوسته­ي اکسيدي (عمدتاً متشکل از Cr2O3) با رسانايي کم بر روي سطح اين گونه فولادها شده و مقاومت الکتريکي آرايه­ي پيل سوختي[4] افزايش خواهد يافت. افزايش احتمال ورقه­اي شدن[5] پوسته­ي اکسيدي به دليل عدم انطباق ضريب انبساط حرارتي[6] آن با فولاد و ايجاد تخلخل در فصل مشترک پوسته و زيرلايه از جمله­ي ساير موانع است. همچنين، تبخير گونه­هاي فرار کروم مانند CrO3 و CrO2(OH)2 از زيرلايه­ي فولادي در شرايط کاري پيل سوختي اکسيد جامد، سبب بروز مسموميت کرومي کاتد[7] و افت کارايي پيل سوختي خواهد شد. به منظور غلبه بر معايب مذکور، اتصال­دهنده­هاي فلزي اغلب توسط اکسيدهاي سراميکي رسانا پوشش داده مي­شوند. در شرايط کاري پيل سوختي اکسيد جامد، پوشش­ محافظ بايد رسانايي الکتريکي بالا و نفوذپذيري پايين براي کاتيون­ کروم و آنيون­ اکسيژن، ارائه دهد. در اين راستا، پوشش­هاي پروسکايتي رسانا به شکل گسترده­اي مورد استفاده قرار گرفته­اند که اين امر به علت رسانايي بالا و مقادير ضريب انبساط حرارتي نزديک آن­ها به فولادهاي زنگ­نزن فريتي و مواد سراميکي پيل سوختي است. اگرچه کاربرد اين گونه پوشش­ها سبب کاهش مقاومت تماسي فصل مشترک مي­شود؛ اما دماي بالاي سينترينگ آن­ها موجب کاهش تراکم اين پوشش­ها شده و کارايي پيل سوختي در اثر نفوذ به خارج کروم از ميان پوشش، افت خواهد کرد. علاوه بر ترکيبات پروسکايتي، اکسيدهاي اسپينلي بدون کروم نيز مي­توانند به شکل مؤثري نرخ اکسيداسيون را کاهش داده و مانع تبخير کروم از فولادهاي زنگ­نزن فريتي شوند. تا به امروز، عمده­ي تحقيقات انجام شده در اين زمينه بر روي ترکيبات اسپينلي (Mn,Co)3O4 صورت گرفته است؛ اين در حالي است که سيستم اسپينلي (Cu,Mn)3O4، به دليل رسانايي الکتريکي بالا و ضريب انبساط حرارتي سازگار با ساير اجزاء سراميکي پيل سوختي اکسيد جامد، پتانسيل بالايي براي پوشش­دهي فولادهاي زنگ­نزن فريتي داشته و کمتر توسط محققين مورد بررسي قرار گرفته است.
از ديگر راهکارهاي به کار گرفته شده در زمينه­ي کاهش نرخ اکسيداسيون فولاد زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال­دهنده در پيل سوختي اکسيد جامد و نيز کاهش تبخير گونه­هاي فرار کروم نظير CrO3، اضافه نمودن عناصر فعال نظير لانتانيوم، ايتريوم، سريوم و ... به صورت آلاينده­هاي سطحي، عناصر آلياژي در زمينه­ي زيرلايه و پوشش­دهي سطح اتصال­دهنده­ي فلزي است. از جمله نتايج حاصل شده، دستيابي به مقادير کمتر مقاومت ويژه­ي سطحي به دليل کاهش ضخامت زيرپوسته­ي اکسيدي Cr2O3 است. در حقيقت، عناصر فعال مي­توانند مکانيزم رشد زيرپوسته­ي اکسيدي را تغيير داده و موجب بهبود مقاومت اکسيداسيون و چسبندگي بهتر زيرپوسته­ي اکسيدي به زيرلايه گردند. اما، همچنان مشکل تبخير گونه­هاي فرار حاوي کروم به قوت خود باقي است و مي­تواند کارايي اتصال­دهنده را در حين کارکرد کاهش دهد. اين در حالي است که افزودن عناصر فعال يا اکسيد آن­ها به پوشش اسپينلي مي­تواند مجموعه­اي از خواص منحصر به فرد نظير کاهش نرخ اکسيداسيون، بهبود چسبندگي زيرپوسته­ي اکسيدي به آلياژ زيرلايه و ممانعت از تبخير گونه­هاي فرار کروم را نتيجه دهد. اخيراً تلاش­هايي مبني بر به کارگيري پوشش­هاي کامپوزيتي نظير Co/LaCrO3 و Ni/LaCrO3 انجام شده و نتايجي نظير کاهش نرخ رشد زيرپوسته­ي اکسيدي و مقاومت ويژه­ي سطحي و نيز مهاجرت کروم به دست آمده است. با اين وجود، تاکنون گزارشي مبني بر به کارگيري عناصر فعال به عنوان آلاينده در پوشش اسپينلي (Cu,Mn)3O4 يا ذرات اکسيدي آن­ها در زمينه­ي پوشش اسپينلي مذکور ارائه نشده است. ذکر اين نکته ضروري است که در دماهاي بالا نظير دماي کاري پيل سوختي اکسيد جامد، مؤثرترين عناصر فعال شامل عناصر آغازين سري لانتانيدها مانند لانتانيوم است.
هدف از اين پژوهش، افزايش کارايي فولاد زنگ نزن فريتي AISI 430 به عنوان اتصال­دهنده­ي فلزي در پيل­ سوختي اکسيد جامد از طريق اعمال پوشش­ اسپينلي (Cu,Mn)3O4 است. به اين منظور، سيستم اسپينلي CuxMn3-xO4 (3/1≥x≥9/0) با استفاده از روش نوين گليسين-نيترات[8] همراه با آسيا­کاري مکانيکي توليد و ارزيابي­هاي ميکروساختاري و رسانايي الکتريکي و آناليز حرارتي انجام شد. در ادامه، با توجه به رسانايي الکتريکي مطلوب اسپينل Cu1.3Mn1.7O4، اين ترکيب با استفاده از روش چاپ صفحه­اي[9] بر روي فولاد زنگ­نزن فريتي AISI 430 پوشش داده شد و اثرات آن بر عواملي نظير نفوذ کروم از ميان پوشش، رشد پوسته­ي اکسيدي در حين اکسيداسيون و مقاومت ويژه­ي سطحي[10] مورد بررسي قرار گرفت.
همچنين به منظور بهره­گيري از لانتانيوم به عنوان عنصر فعال (براي مقاومت اکسيداسيون در دماي بالا) و نيز اسپينل Cu1.3Mn1.7O4 (براي رسانايي الکتريکي بالا در دماي کاري پيل سوختي و ماهيت بازدارندگي آن در برابر مهاجرت کروم)، از دو رهيافت زير استفاده شد:
الف- پوشش­هاي اسپينلي کامپوزيتي Cu1.3Mn1.7O4/La2O3
ب- پوشش­هاي آلايش شده­ي Cu1.3Mn1.7-xLaxO4 (5/0و3/0=x)
به اين ترتيب، اثر اضافه شدن لانتانيوم، با دو روش فوق، بر روي رفتار اکسيداسيون دماي بالا، مکانيزم رشد پوسته­ي اکسيدي و مهاجرت کروم و مقاومت ويژه­ي سطحي پوشش­هاي اسپينلي، مورد ارزيابي قرار گرفت.
 فصل دوم
مباني علمي و مروري بر پژوهش­ها
 2-1- پيل­هاي سوختي
ضرورت کاهش انتشار گازهاي گلخانه­اي و دستيابي به محيط زيست پاک، تحقيقات گسترده­اي را به سوي کاهش وابستگي به موتور احتراق داخلي براي نيرو محرکه­ي خودرو و مولدهاي نيرو محرکه­ي الکتريکي بر پايه­ي سوخت­هاي فسيلي معطوف ساخته است. تلاش­ها نه تنها بر پايه­ي کاهش اثرات مخرب محصولات حاصل از احتراق سوخت­هاي فسيلي بلکه با علم به آنکه اين گونه سوخت­ها محدود مي­باشند، در حال انجام است [1]. پيل­ سوختي ابزاري متفاوت براي توليد انرژي الکتريکي از انواع سوخت­ها بوده و الکتريسيته را مستقيماً از ترکيب الکتروشيميايي سوخت­ گازي با يک اکسيدکننده، توليد مي­کند. تبديل مستقيم انرژي سوخت به الکتريسيته يک مشخصه­ي کليدي در عملکرد پيل سوختي محسوب مي­شود؛ چراکه در يک سيستم نيرو محرکه­ي حرارتي مرسوم، انرژي شيميايي سوخت در ابتدا به انرژي حرارتي، سپس به انرژي مکانيکي و در نهايت به انرژي الکتريکي تبديل مي­شود.بر اساس اين تعريف، بازده تئوري در يک پيل سوختي به مراتب بالاتر از آن چيزي است که در توليد نيرو محرکه به روش­هاي مرسوم به دست ­مي­­آيد [2]. علاوه بر اين، به دليل جلوگيري از بروز احتراق در پيل سوختي، اين وسيله نيرو محرکه را با کمترين ميزان آلودگي توليد مي­کند [3].
 2-1-1- اصول عملکرد پيل­هاي سوختي
ساختار فيزيکي پايه يا واحد ساختماني يک پيل سوختي متشکل از يک لايه­ي الکتروليت در تماس با يک آند و يک کاتد است [1و3]. تصوير شماتيک از سلول واحد پيل سوختي به همراه گازهاي واکنش دهنده/محصول و جهت رسانايي يوني در شکل2-1 آورده شده است.
 شکل 2-1- تصوير شماتيک يک پيل سوختي [3].
 در يک پيل سوختي، سوخت به طور مداوم به آند (الکترود منفي) و در مقابل، يک اکسيد کننده (اغلب اکسيژن موجود در هوا) به صورت پيوسته به کاتد (الکترود مثبت) تغذيه مي­شود. واکنش­هاي الکتروشيميايي در الکترودها، به منظور توليد جريان الکتريکي درون الکتروليت انجام مي­گيرند؛ اين در حالي است که جريان الکتريکي مکمل که بر روي بار خارجي کار انجام مي­دهد، در مدار خارجي شکل خواهد گرفت (شکل2-1) [3].
پيل سوختي شباهت­هاي فراواني به يک باطري دارد اما از جنبه­هاي مختلفي نيز متفاوت است. باطري يک وسيله­ي ذخيره­ي انرژي است که کل انرژي در دسترس آن درون خود باطري ذخيره شده است و هنگامي که واکنش دهنده­هاي شيميايي مصرف شوند، توليد انرژي الکتريکي نيز متوقف خواهد شد. اين در حالي است که پيل سوختي يک وسيله­ي تبديل انرژي است که در آن، سوخت و اکسيد کننده به طور پيوسته تأمين مي­شوند. در حقيقت، پيل سوختي مادامي که سوخت در دسترس باشد، نيرو محرکه (انرژي الکتريکي) توليد مي­کند

👇 تصادفی👇

دانلود كتاب كيمياگري و كيمياگران ( Alchemy and Alchemists )پرسشنامه خانوادهانرژی مثبتبررسی و استخراج الگوریتم های آشکارسازی چند کاربره متمرکز و غیر متمرکز و مقایسه کارایی آن ها wordانتخاب مواد براي وصله روي بال هواپيمامقاله بررسي كيفيت زندگي زنان شاغل و ير شاغل8- طراحی روسازی های صلب و انعطاف پذیر راه و فرودگاه با استفاده از نرم افزار مهندسین ارتش ایالات متحده آمریكاگاردریل و گاردریل کوب ***ارتباط با مشتریتاثیر آموزش مهارت های زندگی بر عزت نفس ✅فایل های دیگر✅

#️⃣ برچسب های فایل توسعه¬ي پوشش هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال دهنده در پيل هاي سوختي اکسيد جامد

توسعه¬ي پوشش هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال دهنده در پيل هاي سوختي اکسيد جامد

دانلود توسعه¬ي پوشش هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال دهنده در پيل هاي سوختي اکسيد جامد

خرید اینترنتی توسعه¬ي پوشش هاي اسپينلي Mn-Cu-O بر روي فولادهاي زنگ نزن فريتي به عنوان اتصال دهنده در پيل هاي سوختي اکسيد جامد

👇🏞 تصاویر 🏞