Kesan parameter pemprosesan dan bahan tambah terhadap pengendapan elektroforetik filem LSCF6428

(1)

Sains Malaysians 41(2)(2012): 237-244

Kesan Parameter Pemprosesan dan Bahan

Tambah

Terhadap

Pengendapan Elektroforetlk

Filem

LSCF6428

(Effects of Processing Parameters and Additives on Electrophoretic Deposited LSCF6428 Films)

HAMIMAH ABD RAHMAN, ANDANASIUTI MUCHIAR*, SYAHARIZAN HARON NORHAMIDI MUHAMAU & HUDA ABUULLAH

ABSTRAK

Kaedah pengendapan elektroforerik (EPD) senrakin merdapatperhatian dalam pembentnhan kompunefi selfirel oksida pepejul (SOFC). Kaedah. EPD menggunakanpelnr~~t organik atuu pelarut bukan akueus bun),uk diaplikasikarz terutanlanya unti~kpenghasilan komponen elektrolit

s o ~ c

Dalam kajian ini.JilernLSCF6428 telal~ dilzasilkon mnelalui kaedah E ~ ~ ) ' a n y merrggunnkan air ternyahion sebagaipelar~rtalc~~eus. Sebagai permulaan, serbuk L.SCF6428 sebarlyak I% berat ( I wt%) dianzpuikan di dalam air ternyahion. Setercrsiz)~a, ompaian dengan nilaipH3 digunnkan m~trik proses EPD. Penirigkatan nilui voltan kenaan (3-7 V ) dar~ tenlpohpengendapnn (3-10mL1) didapafi telal! rnenyrrn~hang kepatlapenar~~bahan anzaun jile111 LSCF6428 yang diendapkan. Penggunaan kanji sehagai balun tatnbah didapati berjaya rrzembantu meningkatkan

kualitifilenz endapan dengan merujuk kepnda berat endapan yang lebih tirrggi dan endapan yang sekata. Penziliharl voltan keruwt dun proses pengeringan yang sesuni perlu dialnbil b e ~ a f bagi rnengelakl<an keretakanfilem cndapan. H u i l kajian ~nenunjukkan bahawa morfologi dun beratfilern LSCF6428 yang dientlapkan sangat bergantullg k e p u l a ~roltan. kenaan, nlasa pengen~lapan dan penggunaim buharz tumbah bagi proses EPD.

Kata kurlci: Filenl LSCF6428; kanji; pelarut alareus; pengemlapan elektroforetlk (EPD) ABSTRACT

Theapplication of electrophoretic deposiiion ( E P D ) metlzod in. rhe,fahricarion of solid oxidefuel cell (SDFC) cumponeflts has attracted interest. The EPD n~ethodfiequently employs organic or non-aqueous solve?~tfor tlze fabricatiorr of SOFC components especially electrolyte. In this study, the LSCF6428pln~ was developed via tlze EPD nrethod using un u y ~ r ~ o u s solvent. To begin with,

I

wt% ofL.SCF6428powde-r was susperzded in deionised water The EPDprocess was then applied o n the sospensiorl witlz pH3. An increase in the applied voltage (3-7

V )

and deposition tinze (3.10 min) wasjoufrd to contribute to the increased antolint ofthe deposited LSCF6428filnu. With refirence fo the higher amount andur~zfonn deposition offilnu, the use ofstarch as an ndditive material has been shown to successfirll~~ inzprove the quality o f the deposifedfilms. The applied voltage m d drying conditions nzust be carefully selected in order to avoid cracking o f t h e deposited$lm. The results showed strong dependence of the morphology and weight of the LSCF6428 films on the applied voltage, deposition time and the use ofadditive nzalerials in the EPD process.

Keywords: Aqueous solveizr; electrophoretic deposition (EPD); LSCF6428film; starch

PENGENALAN

kaedah yang efektif bagi pei~ghasilan filen~ nipis untuk Kaedah pemprosesan bahan, mikrostruktur dan sifat komponen s o w . Negishi et al. (2000) telah memmuskan bahan yang dihasilkan merupaknn faktor yang saling beberapa kclebihan aplikasi EPD bagi SOFC di antarnnya berkait rapat dalam menentukan prestasi sistem SOFC ( 1 ) salutan boleh dibuat dalam berbagai benlrtk, ( 2 ) yang dibangunkan. Selain itu, terdapat satu lagi faktor masa pemprosesan yang singkat,

(3)

salutan berliang yang per111 diambil bcrat dalam pcmbangunan SOFC iaitil bagi elektrod dan salutan padat untuk elektroiit boleh kaedah pemprosesan komponensoFc yang terdiri daripada dihnsilkan dengan mengawal keadaan pengendapan dan elektrod dan elektrolit. Struktur sistem SOFC yang pelbagai ( 4 ) berpotensi untuk pengeluaran secara pukal. Larimnya, _{. .} _-

_-

sepeni elektrod (mod dan katod) komposit, elektrod dan kaedah EPD dalam aplikasi

s o ~ c

banyak digunakan untuk -

elektrolitmultilapisandanlain-lainmemerlukanbeberapa

penghasilan filem elektrolit turnpat (Besra et al. 2 0 0 6 ;

kaedahpemprosesandigunapakai untuk fabrikasi struktur- Ishihara et al.

1996;

Negishi et al. 2005; Sora et a). 2006). struktlv SOFC tersebut (Fergus 2007; Wincewicz & Cooper Sejak kebelakangan ini, kacdah EPD telah mula dig inla

2005). pakai bad pcmbentukan filem karod bcrliang, naml~nmasih

Kaedah pengendapan elektroforetik (electrophoretic terlalu sedikit hasil kajian yang dilaporkan. Asamoto et de~~osition, EPD) semdkin mendapat perhatian sebagai al. (2009) dan Santillin et al. (2009) merupakan antara

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

R M A l i 8. Mikrograf SEM filen? LSCF6428 daripada alnpaiin mengandungi kanji diendap pada vollan kenaan (a) 3 V, @) 5 V dan (c) 7 V dalam tempoh 7 min

seperti jarak kedudukan elcktrod, kaedah pengeringan serta penggunaan agen pcnyerakan perlu juga diberi perhatian uutuk kajian lanjut b a g i sistem ampnian

LSCF6428

ini. Fokus kajian s e l a ~ ~ j u t n y a a k i n menumpti kepada pengoptimuman m a u n kanji, kesan penambahan agen penye]-akan dan proses pengeringa~i filem bagi rneningkatkan mutu filem endapan.

Kesan voltan, masa pengendapan dan penu~nbahan kanji terhadap pengendapan filcm m e l a l ~ u kaedah EPD telah dikenalpasti. Hasil kajim awal ini menulijukkan potensi kaedah EPD dengan penggunaan ampaian akueus untuk pmghasilan filem

LSCF6428.

Voltan di alitara 3 V hingga

7 V

padamasapengendapan

3

hingga 101nin telah berupay a ~nengendapkm filem LSCF6428 di atas substrat keluli tahan karat. Penggunaan voltan kenaan sehingga nilai maksilntlin

5

Vadalah yang paling sesuai d m disarmkan unhlk sistem ini bagi memperolehi endapan yang seragam. Penamballan kanji ke dalam ampaian EPD dengan penggunaui voltan kenaan yang sesuai juga mampu meningkatkan amaun dan hvaliti filem endapan y'ang d~hasilkan.

PENGHARGAAN

cells by electrophoretic deposition. Journul ((/'American Ceramic Society 84(1): 33-40.

Besm, L., Compson, C. & Liu, M . 2006. Electrophoretic deposition of YSZ particles on non-conducting porous NiO-YSZ substrates for solid oxide fuel cell applications. .:

Journal ofArnericarr Cerurnic Society 89(10): 3003-3009. Besra, L. & Liu, M. 2007. A review on fi~ndamentals and

applications of electrophoretic deposition (EPD). Progress

in Materials Science 52: 1-61.

Cherng, J.S., Sau, J.R. & Chung, C.C. 2008. Aqueous electrophoretic deposition of YSZ electrolyte layers for solicl oxide fuel cells. Jol~rnal of Solid State Electrochernisrq 12:

925-933.

Fergus, J.W. 2007. O v e ~ i e w materials challenges for solid-oxide fuel cells. Hyd~agea Economy: 56-62.

Greenwood, R. 2003. Review of the measuremenl o f zeta putentizls in concentrated aqueous suspensions using electroacoustics. Advance in Colloidar~dlnze~fi~ce Science 106: 55-81.

H n ~ n i n ~ a h AbdRahman, Andanastuti Muchtar, Norhamidi Muhamad & Huda Abdullah. 2010. Electrophoretic deposition of La

,,,

Sr,,Co,,~e,,,O,~,calliode film onstai~~less steel substrsles. Advanced M ~ ~ t ~ r i o l , s Research 139.141: 145-148.

Ishihara,T.,Sato,K. &Takita,Y. 1996. Electrophoretic deposition of Y1O,-stabilized 210, electrolyle lillns i n solid oxide fuel cells. Journal of lhc American Ceramic Sucicfy 79: 913- 919.

Penulis merakamkan penghargaan kepada Univcrsiti

Leng, YJ., Chum, S.H., Jiang, S.P. & Khor, K.A. 2004. Low- Kcbangsaan Malaysia di atas tajaan projek ini melalui _telnpelature_SOFC_{with thin fil~u}_{GDC electrolyte prepared} Geran PenyelidikanArus PerdanaUKM-AP-TK-05-2009. _{in situ by solid-state re;lction. SolidSrnre lonics 170: 9-15.}

Ucapan terima kasih juga kepadauniversiti Tun Hussein _~ u_~ ,_~H,, .yamaii, _i _~2. K.. _~

.

I_i _,~

. .

T,. K~ , ~~

.

D , , ,kenami, ~

.

~

-

~.

.

~ ~ ~ . Onn Malaysia dan Kementerian Pengajian Tingg Malaysia _T.& Yanegishita, H. 2005. Electrophoretic de~osition

_-

di atas pemberian biasiswa pengajian. mechmism of YSUn-propanol suspension. Joarnnl o f the

Electrocher?rcial Sociefy 152(2): 116-122.

RUlUKAN NoorAshrina A. Hamid, Andanastuti Muchtar. Wan Ramli Wan Dilud & Norhamidi Muhamad. 2009. Penciiian mikrosauktur Andanestuti Muchtar. Naarasltrina A. Hamid, Norhamidi _{katod La-Sr-Co-Fe-0 bagi sel fuel oksida pcjal bersuhu}

Muhamad & Daud, W.R.W. 2010. Sinlering effects on _{sederhana (IT-SOFC). Suins Mulu)a.sianu 38(6): 857-861.} LSCF cathodes for intermediate temperature solid oxide

panda[[, C. & ~ ~J.V 2001. ~~ ~~ ~~ ~deposition. l t , ~ ~ ~ h ~ ~ ~ t i ~ he1 cells (IT-SOFCs). Adranced Muterials Resmirch 139-

Encylopcdia of M(11erials: Sclmcr und Technology. U K 141: 141-144.

Elsevier Science Lld. Asamoto. M., Miyake, S., Yonei. Y., Yamaura,

H.

&Yahiro,

H.

Reed, 1995, Principles of Placessi ,,g, Ed, K~ 2, 2009. Electrochemical perfolmnnces of proton-conducting

New York: Wiley &Sons. SOFC with La-Sr-Fe-0 cathode i'ibricatcd by electrophoretic

SantiilBn, M.J., Caneiro. A., Quaranta, N. & Boccaccini, A.R. deposition techniques. Elect~orozht.mistry 77(2): 143-145.

2009. Eleclropl~oretic deposition of La,,,Sr,,,Co,,~e

,,,

O,, Basu, R.N., Randall, C.A. & Mayo, M.J. 2001. Fabrication of

cathodes on Ce

,,,

Gd,,O

,,,

substrates for intermediate dense zil-conia electrolyte films Tor tubular solid oxide fuel

(8)

temperature solid oxidc fuel ccU (IT-SOFC). .lourrzal of

Europcon C e r m i c Sociriy 29: 1125-11 32.

Sora, I.N., Pelosato, R.. Simone, A,, Montanaro, L., Maglkr, F & Chiodclli, C. 2006. Characterization of L.SGM films obtained by electrophoretic deposition (EPD). Solid State Ionics 177: 1985-1989.

Tang, E , Uchikosbi, T & Sakka, Y 2002. I3lectlaphorelic deposition bchavidr O F aqueous nanosized zinc oxidc suspensions. Journal of' American Ceramic Sociciy 85(9): 2161-2165.

W~ncewicz, K.C. & Cooper, J.S. 2005. Taxonomies of SOFC materid and manufacturing altcmatises. Journal r$Puwer-

Som-ces 140: 280-296.

Yaseen,H.,Bdtianski,S. &Tsur,Y.2007.Cathodicelect1ophoretic deposition of barium titanate flms from squcuus solution. J o ~ ~ r n n l ofMate!.ials Science 42: 9679-9683.

Zhao, J.. Wang,

X

& Li, L. 2006. Electrophoretic deposition of BaTi03 hlms from aqueous suspensions. Murrrinls Chenrisny nndPhysic.~ 99: 350-353.

Hamimah Abd. Rahman Institut Sel Fucl

Universili KebangsaanMalaysia 43600 UKM Bangi, Selangor D.E. Malaysia

Andnnastuli Muchlar*, SyaharizanHaon, Norhamidi Muhamad

& Huda Abdullah

Fakulti Kejurutcraan dan Alam Bina Universiti Kebangsaan Mnlaysiv 43600 UKM B m ~ i . Selangor D.E. Malaysia

:rPcngarang untuk surat-menyurat; cmail: [email protected]. my.

Diserahksn: 28 Jwuari 2011 Diterima: 19 Ogos 201 1