KOMPOSIT NANO NIKEL OKSIDA-SAMARIUM TERDOP SERIA KARBONAT-ARGENTUM (NiO-SDCC-Ag) SEBAGAI ANOD BAGI SEL FUEL
OKSIDA PEPEJAL BERSUHU RENDAH
LIDIYAWATI BINTI SUHAIRI
Laporan projek ini dikemukakan sebagai memenuhi syarat penganugerahan Ijazah Sarjana Kejuruteraan Mekanikal
Fakulti Kejuruteraan Mekanikal dan Pembuatan Universiti Tun Hussein Onn Malaysia
v
ABSTRAK
Kini, terdapat minat yang semakin meningkat dalam membangunkan sel fuel oksida pepejal (solid oxide fuel cell, SOFC) kerana faedahnya. SOFC telah dianggap penting untuk aplikasi sel fuel pada masa hadapan kerana SOFC bebas daripada pencemaran teknologi untuk menjana elektrik pada kecekapan yang lebih tinggi berbanding dengan mana-mana jenis sel fuel. Dalam kajian ini, anod komposit nikel oksida-samarium terdop seria karbonat-argentum (NiO-SDCC-Ag) telah dikaji berkaitan dengan keserasian kimia dan sifat fizikalnya. Serbuk anod disediakan dengan mencampurkan NiO dengan SDCC melalui kaedah pengisaran bebola basah dalam peratusan nisbah berat 50:50 (NiO50-SDCC50) dan 70:30 (NiO70-SDCC30) dan ditambah dengan Ag pada komposisi 1, 3 dan 5 % berat. Campuran serbuk kemudiannya di kalsin pada 600°C, 700°C dan 800°C. Pelet anod kemudiannya dipadatkan pada tekanan 46 MPa dan disinter pada 600°C. Serbuk anod komposit terdiri daripada tiga fasa hablur iaitu struktur kubus NiO, kubus Ag dan kubus berpusat muka SDCC sebagaimana yang diperolehi dengan pembelauan sinar-X (XRD). Hasil XRD juga menunjukkan bahawa NiO, SDCC dan Ag masih mengekalkan struktur asal hablur mereka sendiri dan tiada puncak belauan tambahan kelihatan. Ini menunjukkan bahawa NiO, SDCC dan Ag mempunyai keserasian kimia yang baik. Keputusan FTIR pula menunjukkan fasa karbonat kekal hadir dalam serbuk anod komposit sehingga suhu kalsin 800°C pada kesemua campuran anod komposit. Imej daripada miskroskop elektron pengimbas pancaran medan (FESEM) menunjukkan bahawa sampel NiO70-SDCC30 mempunyai lekatan yang lebih baik dan keliangan yang tinggi berbanding dengan NiO50-SDCC50. Keliangan yang diperolehi adalah dalam julat 25.77% - 42.16% untuk sampel anod komposit. Keputusan ini menunjukkan bahawa NiO-SDCC-Ag berpotensi menjadi bahan anod yang sesuai untuk SOFC bersuhu rendah (Low temperature solid oxide fuel cell, LT-SOFC).
ABSTRACT
Recently, there is growing interest in developing solid oxide fuel cells (SOFC) because of its benefits. SOFC has been considered important for fuel cell applications in the future because SOFC technology is free of contaminants to generate electricity at a higher efficiency than that of any type of fuel cell. In this study, composite anodes nickel oxide-samarium doped ceria carbonate-argentum (NiO-SDCC-Ag) were investigated in relation to their chemical compatibility and physical properties. Anode powder was prepared by mixing the NiO with SDCC via wet ball milling process in weight percentage of 50:50 (NiO50-SDCC50) and 70:30 (NiO70-SDCC30), and added with Ag in the composition of 1, 3 and 5wt %. The powder mixtures were calcined at 600°C, 700°C and 800°C. Anode pellets are then compressed at a pressure of 46 MPa and sintered at 600°C. Composite anode powder consist of three phases i.e. the cubic NiO, cubic Ag and face-centered cubic structure SDCC as confirmed with x-ray diffraction (XRD). XRD results also show that NiO, SDCC and Ag still remained their own crystal structures and no additional diffraction peaks appeared. This indicates that NiO, SDCC and Ag have good chemical compatibility. The FTIR results showed that the carbonate phase remains present in the composite anode powder until calcine temperature up to 800°C for all anode composite mixture. Field emission scanning electron microscopy (FESEM) images showed that sample NiO70-SDCC30 have better adhesion and highest porosity compared with NiO50-SDCC50. Porosity obtained is in the range of 25.77% - 42.16% for the anode composite samples. These results showed that the NiO-SDCC-Ag anode material could potentially be suitable for low temperature SOFC (LT-SOFC).
vii KANDUNGAN TAJUK i PENGAKUAN ii DEDIKASI iii PENGHARGAAN iv ABSTRAK v KANDUNGAN vii SENARAI JADUAL x SENARAI RAJAH xi
SENARAI SIMBOL xiv
SENARAI SINGKATAN xv
SENARAI LAMPIRAN xvi
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Pengenalan 1
1.2 Latar belakang kajian 2
1.3 Permasalahan kajian 4
1.4 Objektif kajian 6
1.5 Skop kajian 7
BAB 2 KAJIAN LITERATUR 9
2.2 Pembangunan sel fuel oksida
pepejal suhu rendah 13
2.2.1 Nikel oksida-samarium terdop ceria karbonat
(NiO-SDCC) 14
2.3 Pembangunan bahan anod komposit 14 2.3.1 Sifat-sifat bahan anod 15
2.3.2 Kaedah penghasilan serbuk
anod komposit 16
2.3.2.1 Kaedah tindakbalas
keadaan pepejal 19
2.4 Komponen anod komposit SOFC 20
2.4.1 Kaedah pembentukan komponen anod 22 2.4.1.1 Kaedah penekanan ekapaksi 24 2.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi
kekonduksian anod komposit NiO 25
2.5.1 Sifat serbuk anod komposit 25 2.5.2 Komposisi anod komposit 26
2.5.3 Keadaan pemprosesan 28
2.5.4 Pengaruh bahan tambah argentum 30
BAB 3 METODOLOGI 32
3.1 Pengenalan 32
3.2 Bahan mentah 35
3.3 Penyediaan serbuk elektrolit
komposit SDCC 36
3.4 Penyediaan serbuk anod komposit
NiO-SDCC 37
3.5 Penyediaan serbuk anod komposit
NiO-SDCC-Ag 38
ix
3.7 Pencirian serbuk anod komposit 40
3.7.1 Analisis sifat kimia serbuk
anod komposit NiO-SDCC-Ag 40
3.7.2 Morfologi zarah serbuk anod
komposit NiO-SDCC-Ag 41
3.7.3 Analisis sifat fizikal anod
komposit NiO-SDCC-Ag 41
BAB 4 KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN 43
4.1 Pengenalan 43
4.2 Analisis sifat kimia serbuk anod
komposit NiO-SDCC-Ag 43
4.2.1 Keserasian kimia anod
komposit NiO-SDCC-Ag 43
4.2.2 Kehadiran fasa karbonat di dalam anod komposit NiO-
SDCC-Ag 57
4.3 Morfologi zarah bagi serbuk anod
komposit MiO-SDCC-Ag 63
4.4 Keliangan anod komposit NiO-SDCC-Ag 70
BAB 5 KESIMPULAN DAN CADANGAN 76
5.1 Pengenalan 76 5.2 Kesimpulan 76 5.3 Cadangan 78 RUJUKAN 80 LAMPIRAN 95 VITA
SENARAI JADUAL
2.1 Ringkasan perbezaan utama jenis sel 11
3.1 Ciri-ciri serbuk komersil yang digunakan
dalam kajian 35
3.2 Komposisi serbuk anod komposit dengan
kandungan Ag yang berbeza 38
4.1 Saiz kristalit yang ditentukan melalui XRD bagi serbuk anod komposit ; (a) NiO50-SDCC050
(b) NiO70-SDCC30 55
4.2 Mikrostruktur dan taburan saiz butiran bagi serbuk anod komposit NiO-SDCC yang disinter
pada suhu yang berbeza 66
4.3 Mikrostruktur dan taburan saiz butiran bagi serbuk anod komposit NiO-SDCC-Ag
(1%berat) yang disinter pada suhu yang berbeza 67 4.4 Mikrostruktur dan taburan saiz butiran bagi
serbuk anod komposit NiO-SDCC-Ag
(3%berat) yang disinter pada suhu yang berbeza 68 4.5 Mikrostruktur dan taburan saiz butiran bagi
serbuk anod komposit NiO-SDCC-Ag
xi
SENARAI RAJAH
1.1 Prinsip asas operasi SOFC 2
2.1 Prinsip asas pelbagai jenis sel fuel 12
2.2 Gambar rajah skema sempadan tiga fasa
anod Ni/YSZ 21
2.3 Kekonduksian elektrik, σ( S/cm) melawan nisbah saiz partikel YSZ/NiO untuk enam Ni-YSZ seramik logam(1 hingga 6), diperbuat dengan bahan-bahan permulaan NiO dan YSZ
yang berbeza 26
2.4 Perubahan kekonduksian elektrik pada 1000°C berkaitan dengan kandungan isipadu Ni bagi Ni-YSZ seramik logam disinter selama 2 jam
pada 1200, 1250, 1300 dan 1350°C 28 2.5 (a) Keliangan melawan suhu pensinteran bagi
seramik logam Ni-YSZ, disinter dengan masa yang berbeza ( 2jam, 4 jam, 6 jam)
(b) Kekonduksian anod melawan keliangan seramik logam Ni-YSZ dengan nisbah isipadu
Ni kepada YSZ adalah 40:60 29
2.6 Mikrograf SEM permukaan patah (a) sel tanpa Ag disinter pada 920°C dan (b) sel konvensional
disinter pada suhu pensinteran 1100°C 31
3.1 Carta alir keseluruhan metodologi kajian 33
(b) Na2CO3 dan (c) Li2CO3 35 3.3 Profil pengkalsinan bagi serbuk anod komposit
NiO-SDCC 38
3.4 Gambar rajah skema pelet anod komposit 39
3.5 Profil pensinteran bagi pelet (NiO-SDCC-Ag) 40 4.1 Spektrum XRD bagi serbuk komersil NiO,
SDCC dan serbuk anod komposit NiO-SDCC
dengan komposisi yang berbeza 44
4.2 Spektrum XRD bagi serbuk komersil NiO, SDCC dan pelet anod komposit NiO-SDCC dengan komposisi yang berbeza (a) NiO50- SDCC50 dan (b) NiO70-SDCC30 selepas dikalsin pada suhu yang berbeza dan disinter
pada suhu 600°C 46
4.3 Spektrum XRD serbuk anod komposit selepas
dikalsin pada suhu yang berbeza 48
4.4 Spektrum XRD pelet anod komposit selepas
disinter pada suhu 600°C 51
4.5 Spektrum FTIR samarium terdop seria karbonat
(SDCC) 58
4.6 Spektrum FTIR bagi serbuk anod komposit NiO50-SDCC50 selepas dikalsin pada suhu
yang berbeza 59
4.7 Spektrum FTIR bagi serbuk anod komposit NiO70-SDCC30 selepas dikalsin pada suhu
yang berbeza 61
4.8 Mikrostruktur dan taburan saiz butiran bagi
serbuk NiO tulen 64
4.9 Mikrostruktur dan taburan saiz butiran bagi
serbuk SDCC selepas dikalsin pada suhu 680°C 64 4.10 Keliangan serbuk anod komposit (a)NiO50-
xiii SDCC50 (b)NiO70-SDCC30 dengan 1,3,dan
5% berat Ag pada suhu kalsin yang berbeza 72 4.11 Purata ketumpatan serbuk anod komposit
(a)NiO50-SDCC50 (b)NiO70-SDCC30 dengan 1,3,dan 5% berat Ag pada suhu kalsin
SENARAI SIMBOL
Β Lebar lengkap pada separa puncak maksimum Karbonat
D Saiz kristalit
O2- Ion oksigen
H2 Ion hydrogen
Rp Rintangan pengutuban
Wd Berat kering (Berat sampel sebelum tenggelam dalam medium)
Ww Berat basah (Berat sampel selepas ditenggelamkan dalam medium)
Ws Berat terampai (Berat sampel ketika tenggelam dalam medium
β Lebar garis pada separuh dari ketumpatan puncak
λ Panjang gelombang sinaran CuKα
θ Sudut belauan Bragg
σe Kekonduksian pukal daripada seramik logam tumpat sepenuhnya σb Kekonduksian efektif
xv
SENARAI SINGKATAN
Singkatan Bahasa Inggeris Bahasa Melayu
Ag Argentum Argentum
ASR Area specific resistance Rintangan tentu luas
EVD Electrochemical vapor deposition Pengendapan wap elektrokimia FESEM Field emission scanning electron Mikroskop elektron pengimbas
microscopy pancaran medan
FTIR Fourier transform infrared Inframerah transformasi fourier HEBM High energy ball milling Pengisaran bebola bertenaga tinggi
Li2CO3 Sodium carbonate Natrium karbonat
LT-SOFC Low temperature SOFC SOFC bersuhu rendah
Na2CO3 Lithium carbonate Litium karbonat
NiO Nickel oxide Nikel oksida
OCV Open circuit voltage Voltan litar terbuka SDC Samarium doped ceria Seria terdop samarium
SDCC SDC-carbonate SDC-karbonat
SOFC Solid oxide fuel cell Sel fuel oksida pepejal TPB Triple phase boundary Sempadan tiga fasa
TEM Transmission electron microscopy Mikroskop elektron pancaran TEC Thermal expansion coefficient Pekali penggembangan terma TPB Triple phase boundary Sempadan tiga fasa
XRD X-ray diffraction Pembelauan sinar-X
SENARAI LAMPIRAN
A Carta Gantt perancangan mingguan projek sarjana 1 95 B Carta Gantt perancangan mingguan projek sarjana 2 96
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Pengenalan
Bab ini menerangkan tentang kajian yang dilaksanakan dan dihurai dalam beberapa bahagian subtopik kecil iaitu perbincangan mengenai latar belakang, pernyataan masalah, dan objektif. Selain daripada itu, skop serta definisi pemboleh ubah kajian juga turut dibincangkan. Latar belakang kajian merangkumi segala aspek yang terlibat secara langsung atau tidak langsung di dalam kajian yang dilaksanakan bagi mengupas tentang kajian ini. Pernyataan masalah pula menerangkan tentang faktor-faktor yang mendorong kajian ini dilaksanakan hasil daripada masalah-masalah yang timbul semasa kajian yang dijalankan sebelumnya. Selain daripada itu, objektif kajian juga turut dibincangkan yang mana menyingkap tentang persoalan yang ingin dicapai dan diketahui melalui kajian ini. Seterusnya, skop kajian menerangkan tentang apa yang dinilai dan ingin di capai dalam kajian ini. Bab ini juga membincangkan secara terperinci tentang pemboleh ubah yang terlibat di dalam penghasilan jawapan kepada objektif yang ingin dicapai dan persoalan yang ingin dijawab.
1.2 Latar belakang kajian
Sel fuel oksida pepejal (solid oxide fuel cell, SOFC) merupakan peranti elektrokimia yang menukarkan secara langsung tindak balas tenaga kepada tenaga elektrik tanpa proses pembakaran. Komponen asas SOFC terdiri daripada dua elektrod berongga (katod dan anod) dan elektrolit (Jiang, 2012). Elektrod katod dan anod adalah bahagian di mana tindak balas separa sel berlaku. Oksigen yang dibekalkan ke katod akan bertindak balas dengan elektron daripada litar luar dan dioksidakan untuk membentuk ion oksigen (O2-). Ion-ion yang dioksidakan akan dipindahkan ke sebelah anod melalui elektrolit pepejal menggunakan beban elektrik. Ion oksigen ini akhirnya bertindak balas dengan hidrogen di dalam fuel untuk membentuk air dan elektron bebas. Elektron akan mengalir melalui litar luar untuk menjana tenaga elektrik, dan kemudian mengalir semula ke katod (Singhal & Kendall, 2003). Reaksi sel boleh ditulis seperti dalam persamaan 1.1-1.3 (Fergus et al. 2009).
Rajah 1.1 : Prinsip asas operasi SOFC (Rahman et al., 2012)
Katod (Penurunan) : ½ O2 (g) + 2e- → O2- (1.1) Anod (pengoksidaan) : O2- + H2 (g) → H2O (g) + 2e- (1.2) Keseluruhan sistem : H2 (g) + ½ O2 (g)→H2O (1.3)
3 Komponen-komponen sel fuel ini akan digabungkan menjadi stak dengan rekabentuk tertentu bagi membentuk sistem SOFC yang lengkap. Prestasi keseluruhan sel bergantung kepada setiap komponen. Konduksi ionik yang tinggi, ketiadaan konduksi elektronik, kestabilan kimia, ketumpatan dan kekuatan mekanikal adalah ciri-ciri penting bagi bahan elektrolit. Kekonduksian elektronik, keliangan dan juga kestabilan kimia dan dimensi pula perlu dipertimbangkan bagi katod. Manakala pekali pengembangan terma yang hampir dan kereaktifan kimia yang rendah adalah faktor penting untuk antara muka elektrod/elektrolit.
Sama seperti katod, anod juga memerlukan kekonduksian elektrik, keserasian pengembangan haba, dan keliangan. Lapisan anod seramik mesti sangat berliang untuk membolehkan sel fuel mengalir ke elektrolit. Oleh sebab itu, jirim berbutir sering dipilih untuk prosedur fabrikasi anod. Anod biasanya merupakan lapisan yang tebal dan kuat dalam setiap sel individu, kerana ia mempunyai kehilangan kekutuban yang paling kecil, dan merupakan lapisan yang sering menyediakan sokongan mekanikal. Secara elektrokimia, fungsi anod adalah untuk menggunakan ion oksigen yang meresap melalui elektrolit bagi mengoksidakan sel fuel hidrogen. Reaksi pengoksidaan antara ion-ion oksigen dan hidrogen menghasilkan haba dan juga air dan elektrik. Jika fuel adalah hidrokarbon ringan, contohnya metana, satu lagi fungsi anod adalah untuk bertindak sebagai pemangkin bagi pembaharuan wap sel fuel menjadi hidrogen. Ini memberikan satu lagi faedah operasi kepada stak sel fuel kerana tindak balas pembaharuan adalah endotermik, yang menyejukkan lapisan stak secara dalaman (Julia et al., 2013).
Oleh itu, bahan-bahan dan mikrostruktur setiap komponen perlu dioptimumkan untuk mencapai kecekapan maksimum. Prestasi sel keseluruhan adalah disebabkan kekonduksian ionik elektrolit yang tinggi dan juga dari elektrod elektro-pemangkin yang tinggi, terutamanya katod (Huang, Gao & Mao, 2010).
Baru-baru ini, terdapat minat yang semakin meningkat dalam membangunkan SOFC kerana faedahnya. SOFC telah dianggap penting untuk aplikasi sel fuel pada masa hadapan. Ini kerana SOFC bebas daripada pencemaran teknologi untuk menjana elektrik pada kecekapan yang lebih tinggi berbanding daripada mana-mana jenis sel fuel (Zabihian & Fung, 2009). Selain daripada sangat efisen, SOFC juga mempunyai kelebihan dari segi kebolehpercayaan, fleksibiliti fuel dan modulariti serta mesra alam
sekitar. Ia juga menunjukkan toleransi yang tinggi untuk mengesan tahap kekotoran dalam aliran gas (Zhong & Mi, 2004; Singhal, 2000).
1.2 Permasalahan kajian
SOFC yang beroperasi pada suhu yang agak tinggi (800°C-1000°C) mengakibatkan masalah bahan yang serius. Suhu operasi yang tinggi membawa kepada pemilihan bahan sel lain yang kritikal seperti elektrod dan antara sambungan, kos pembuatan yang tinggi, dan degradasi prestasi SOFC itu. Ini menghadkan aplikasi praktikal SOFC (Vol et al., 2007). Oleh itu, untuk pembangunan dan pengkomersilan teknologi bersih dan mesra alam, suhu operasi mestilah lebih rendah daripada suhu tradisional iaitu 700°C atau lebih rendah, supaya fleksibiliti dalam pemilihan bahan-bahan boleh ditingkatkan, dan pelbagai logam atau bahan-bahan-bahan-bahan seramik dengan kos yang lebih rendah boleh digunakan sebagai elektrod, antara sambungan, dan panca rongga sistem SOFC dengan kestabilan yang lebih baik (Steel & Heinzel, 2001).
Anod konvensional SOFC biasanya menggunakan nikel (Nickel, Ni) dan zirkonia terstabil yttria (yttria-stabilized zirconia, YSZ) elektrolit dan beroperasi pada suhu antara 800°C-1000°C. Walau bagaimanapun, suhu operasi yang tinggi menghadkan pemilihan bahan-bahan dan fleksibiliti komponen sel yang menyebabkan kos yang tinggi untuk sistem SOFC. Walaupun Ni-YSZ sejenis seramik logam yang mempunyai ciri-ciri yang sangat baik untuk pengoksidaan elektrokimia hidrogen, ia juga mempunyai kelemahan rintangan pengutuban yang tinggi dan kestabilan redoks yang lemah pada suhu rendah (<600°C) (Fukui et al., 2004; Costa-Nunes., 2005). Suhu operasi SOFC yang tinggi juga menyebabkan degradasi elektrod dan elektrolit yang pantas dan memerlukan masa permulaan dan penutupan yang lama bagi mengelakkan kejutan terma dan kerosakan komponen (Steven, 2005). Oleh itu, adalah wajar untuk mengurangkan suhu operasi SOFC pada julat suhu yang lebih rendah.
Pada masa kini penyelidikan dalam bidang SOFC banyak memberi tumpuan kepada masalah menurunkan suhu operasi kepada suhu rendah (400°C-600°C). Penurunan suhu operasi berpotensi untuk mengurangkan kos antara sambungan, panca rongga, dan bahan-bahan kedap dapat dicapai (Ormerod, 2003). Walau bagaimanapun,
5 dengan penurunan suhu operasi SOFC, aktiviti pengurangan oksigen yang lebih tinggi menjadi semakin penting. Selain daripada itu, kehilangan ohm elektrolit dan rintangan penkutuban elektrod meningkat dengan ketara dengan penurunan suhu operasi, yang menyebabkan penurunan prestasi besar (Fan et al., 2012). Oleh itu, pembangunan bahan-bahan elektrod novel dan / atau mikrostruktur unik dengan prestasi yang tinggi dan kestabilan yang mencukupi pada suhu rendah adalah kritikal untuk kejayaan pengkomersilan teknologi SOFC.
Salah satu kaedah yang digunakan untuk meningkatkan prestasi anod adalah dengan pengubahsuaian anod oksida dengan logam tulen seperti Pt, Pd, Ag dan Cu. Walau bagaimanapun, logam ini terlalu mahal untuk aplikasi praktikal. Berbanding dengan yang lain, Argentum (Ag) kelihatan merupakan pilihan yang sesuai. Ag adalah jauh lebih murah daripada logam tulen yang lain, mempunyai aktiviti pemangkin yang sangat baik untuk pengurangan oksigen kekonduksian elektrik yang tinggi dan, di samping itu, berlakunya kekonduksian ion oksida dalam badan (Mosiałek et al, 2013;. Sakitou et al, 2008). Walau bagaimanapun, takat lebur yang rendah Ag logam menjadikannya sukar untuk digunakan kerana pensinteran yang mudah pada suhu yang rendah (sekitar 700°C). Dalam usaha untuk mencegah pensinteran logam Ag, partikel Ag perlu diagihkan dengan seragam dengan NiO-SDCC di dalam elektrod anod komposit.
Isu utama untuk membangunkan sel fuel oksida pepejal bersuhu rendah (low temperature solid oxide fuel cell, LT-SOFC) adalah penggunaan elektrolit yang mempunyai kekonduksian ionik yang tinggi. Baru-baru ini, banyak kemajuan telah dibuat dalam kajian LT-SOFC berdasarkan elektrolit filem nipis daripada ceria berasaskan oksida, terutamanya Gd3+ atau sm3+ terdop CeO2 (GDC atau SDC) (Xia & liu, 2001 ; Liu & Khor, 2006). Walau bagaimanapun, oksida berasakan seria-dalam persekitaran anodik menunjukkan ciri-ciri kekonduksian bercampur ionik-elektronik, hasil daripada pengurangan Ce 4+ untuk Ce3+. Konduksian elektronik menimbulkan penurunan ketara voltan sel, kuasa keluaran dan kecekapan, dan juga sifat mekanikal yang rendah yang telah menjadi satu halangan untuk meningkatkan dan membina peranti yang praktikal. Untuk mengatasi kelemahan yang disebabkan oleh kekonduksian elektronik, bahan komposit berdasarkan terdop seria telah dibangunkan sebagai
elektrolit untuk SOFC (Zhu et al., 2003 ; Hu et al., 2006). Antaranya, seria-karbonat komposit adalah elektrolit komposit yang paling biasa di mana sel ini telah dilaporkan mencapai prestasi yang terbaik. Oleh itu, bahan ini sangat sesuai untuk aplikasi bagi LT-SOFC (Huang et al, 2007).
Kerana operasi pada suhu rendah menyebabkan peningkatan dalam kehilangan polarisasi kedua-dua anod dan katod serta kehilangan ohm dalam elektrolit, maka adalah perlu untuk membangunkan elektrod yang prestasi tinggi untuk operasi LT-SOFC. Logam nikel oksida logam dan samarium ceria didopkan (SDC) digunakan sebagai bahan anod kerana nikel adalah pemangkin hidrogen pengoksidaan yang bagus serta konduktor elektronik yang tinggi dan SDC mempunyai kekonduksian ion oksigen sangat tinggi bergantung kepada jumlah samarium didopkan (Qi, Liu, & Wang, 2013).
Laporan mengenai bahan anod SOFC melibatkan komposisi, struktur mikro, kekonduksian elektrik, dan ciri-ciri lain anod komposit serta kesannya terhadap prestasi SOFC masih belum meluas. Oleh itu , kajian ini akan menghasilkan anod komposit NiO-SDCC bagi penggunaan LT-SOFC dengan penambahan Argentum (Ag). Penambahan Ag ke dalam anod komposit untuk operasi LT-SOFC diteliti dan seterusnya jumlah Ag yang sesuai bagi anod komposit NiO-SDCC akan ditentukan.
1.3 Objektif kajian
Berdasarkan kepada permasalahan kajian yang telah dibincangkan dalam bahagian 1.2, maka objektif kajian ini dijalankan adalah untuk:
1. Menghasilkan serbuk anod komposit nikel oksida-samarium terdop seria karbonat-argentum (NiO-SDD-Ag) untuk LT-SOFC.
2. Menentukan hubungan antara komposisi NiO, komposisi argentum (Ag) dan suhu pengkalsinan terhadap sifat fizikal, morfologi dan keserasian kimia anod komposit NiO-SDCC.
7 1.4 Skop kajian
Skop kajian ini termasuk :
1. Serbuk komposit NiO-SDCC dihasilkan melalui kaedah pengisaran bebola basah dengan kelajuan 550 rpm. Berdasarkan kajian yang terdahulu, tempoh pengisaran selama 2 jam dengan kelajuan 550 rpm adalah sesuai untuk penghasilan serbuk katod komposit (Gao et al., 2011) Tujuan pengisaran ini adalah untuk mendapatkan campuran yang homogen dan serbuk yang bersaiz zarah nano.
2. Serbuk NiO dicampurkan serbuk elektrolit SDCC dengan nisbah berat NiO terhadap berat SDCC ialah 50% berat : 50% berat dan 70% berat : 30% berat. Amaun NiO dihadkan kepada 50%-70% berat kerana bahan dengan amaun NiO kurang daripada 40% mempunyai sifat elektrik yang rendah. Penggunaan amaun NiO yang tinggi pula mengurangkan sifat-sifat mekanik anod yang disebabkan daripada peningkatan keliangan. Oleh itu, untuk mengekalkan sifat relatif mekanikal yang tinggi untuk anod jumlah NiO dalam komposit NiO-SDCC tidak lebih daripada 70% (Matula et al., 2008).
3. Kandungan karbonat di dalam elektrolit SDC adalah merujuk kepada kajian lepas iaitu sebanyak 20% berat. Kandungan karbonat dalam elektrolit tidak boleh melebihi 30% bagi mengelakkan nilai kekonduksian ionik elektrolit SDC menurun (Rahman et al., 2012).
4. Serbuk Ag sebanyak 1, 3 dan 5% berat dicampur dengan serbuk komposit NiO-SDCC melalui kaedah pencampuran bebola kering pada kelajuan yang rendah iaitu 100 rpm. Tujuan pengisaran ini adalah untuk mendapatkan campuran yang homogen.
5. Penghasilan pelet anod komposit NiO-SDCC-Ag adalah melalui kaedah pembentukan sepenekanan ekapaksi dengan tekanan sebanyak 46 MPa. Tekanan
yang rendah akan menghasilkan keliangan yang optimum bagi elektrod. Lebih besar tekanan yang digunakan, pengecutan adalah lebih cenderung untuk meningkat (Jarot et al., 2012).
6. Suhu kalsin bagi serbuk anod komposit NiO-SDCC-Ag ialah 600°C, 700°C dan 800°C. Oleh kerana suhu peleburan Ag ialah 961°C, suhu yang lebih tinggi tidak dipilih bagi mengelakkan pengaglomeratan Ag yang boleh menyekat laluan pengangkutan gas oksigen (Mosialek et al., 2013). Pemilihan suhu ini juga dibuat bagi melihat dengan lebih terperinci kesan suhu kalsin terhadap sifat fizikal dan keserasian kimianya.
7. Sampel pelet disinter pada suhu 600°C. Pemilihan suhu ini adalah berdasarkan kajian yang telah dilakukan oleh Jarot et al. (2011) yang mana telah di dapati berpotensi sesuai untuk penghasilan anod komposit. Sampel anod komposit NiO-SDCC tanpa Ag juga akan dihasilkan sebagai sampel rujukan.
8. Setelah serbuk dan pelet dihasilkan, sifat-sifat fizikal anod (keliangan dan ketumpatan), mikrostruktur serta keserasian kimianya akan dikaji.
BAB 2
KAJIAN LITERATUR
2.1 Pengenalan
Pembangunan teknologi sel fuel yang semakin meningkat pada masa kini mendapat perhatian banyak pihak kerana sel fuel merupakan peranti elektrokimia yang menukarkan tindak balas gas fuel dan gas oksigen secara langsung kepada tenaga elektrik melalui tindak balas kimia dengan kecekapan yang tinggi. Pada asasnya, sel fuel terdiri daripada tiga komponen utama iaitu dua elektrod berliang dan dipisahkan oleh elektrolit tebal dan pemangkin. Pengoksidaan berlaku pada anod (fuel atau elektrod negatif), manakala tindak balas penurunan berlaku pada katod (oksigen atau elektrod positif) (Ryan et al., 2009).
Sel fuel adalah sama dengan bateri dalam beberapa aspek. Ia mempunyai elektrolit dan elektrod positif dan negatif, dan ia menjana elektrik arus terus melalui tindak balas kimia. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa ciri yang menjadikan sel fuel berbeza daripada bateri. Berbeza dengan bateri, sel fuel memerlukan bekalan fuel dan oksida yang berterusan. Selain daripada itu, elektrod dalam sel fuel juga tidak mengalami perubahan kimia. Bateri pula menghasilkan tenaga elektrik melalui tindak balas elektrokimia yang melibatkan bahan yang sedia ada dalam bateri. Disebabkan perkara ini, bateri boleh dinyahcas apabila bahan-bahan yang terlibat dalam tindak balas elektrokimia habis. Sel fuel pula tidak boleh di nyahcas selagi bahan tindak balas, fuel dan pengoksida dibekalkan. Bahan tindak balas yang biasa digunakan untuk sel fuel adalah hidrogen dan oksigen (Frano, 2003).
Terdapat pelbagai jenis sel fuel dalam pelbagai peringkat pembangunan. Pelbagai jenis sel fuel ini diklasifikasikan mengikut jenis bahan elektrolit yang digunakan dalam sel dan ini termasuklah sel fuel proton pertukaran membran (proton exchange membrane fuel cell, PEMFC), sel fuel alkali (alkaline fuel cell, AFC), sel fuel asid fosforik (phosphoric acid fuel cell, PAFC), sel fuel karbonat lebur (molten carbonate fuel cell, MCFC) dan sel fuel oksida pepejal (solid oxide fuel cell, SOFC) (Marta et al., 2011).
Secara amnya, pilihan elektrolit menetapkan julat suhu operasi sel fuel. Suhu operasi dan hayat sel fuel menentukan sifat-sifat fizikokimia dan termomekanikal bahan yang digunakan dalam komponen sel iaitu, elektrod, elektrolit, antara sambung, pengumpul semasa, dan sebagainya. Elektrolit akueus adalah terhad kepada suhu kira-kira 200°C atau lebih rendah kerana tekanan wap yang tinggi dan degradasi yang pesat pada suhu yang lebih tinggi. Suhu operasi juga memainkan peranan penting dalam menetapkan tahap pemprosesan fuel yang diperlukan (Marta et al., 2011). .
Dalam sel fuel suhu rendah, semua fuel mesti ditukar kepada hidrogen sebelum memasuki sel fuel. Di samping itu, pemangkin anod dalam sel fuel suhu rendah (terutamanya platinum) adalah sangat dipengaruhi oleh CO. Dalam sel fuel suhu tinggi, CO dan juga CH4 boleh ditukar secara dalaman kepada hidrogen atau secara langsung teroksida secara elektokimia. Jadual 2.1 memberikan gambaran keseluruhan ciri-ciri utama jenis sel fuel dan Rajah. 2.1 menggambarkan prinsip asas kelima-lima jenis sel fuel yang telah disebutkan di atas (EG & G, 2004).
11 Jadual 2.1 : Ringkasan perbezaan utama jenis sel fuel (EG & G, 2004)
PEMFC AFC PAFC MCFC SOFC
Elektrolit Terhidrasi polimer ion Pertukaran Membran Digerakkan atau tidak boleh bergerak KOH Cecair tidak boleh bergerak H3PO4 Cecair lebur Karbonat tidak boleh bergerak Seramik
Elektrod Karbon Logam peralihan
Karbon Nikel dan Nikel oksida
Perovskit dan Perovskit / logam seramik
logam Pemangkin Platinum Platinum Platinum Bahan elektrod Bahan elektrod Antarhubung Karbon /
Logam
Logam Grafit Keluli tahan karat / Nikel Nikel, seramik atau keluli Suhu operasi 40 – 80 °C 65–220 °C 205 °C 650 °C 600 –1000°C Pembawa cas H+ OH– H+ O 2-Anod Pt pada karbon Pt, Logam peralihan Pt pada karbon Ni Ni/seramik Katod Pt pada karbon Pt, Logam peralihan Pt pada karbon NiO Perovskite Pembaru luar untuk fuel CH4 Ya Ya Ya Tidak Tidak Pengurusan produk Air
Penyejatan Penyejatan Penyejatan Produk bergas Produk bergas
Pengurusan produk haba Proses gas + Penyejukan Cecair sederhana Proses gas + peredaran elektrolit Proses gas + Penyejukan cecair sederhana atau penjanaan stim Pembentukan semula dalaman + Proses gas Pembentukan semula dalaman + Proses gas
Rajah 2.1 : Prinsip asas pelbagai jenis sel fuel (EG & G, 2004)
Antara pelbagai jenis sel fuel, sel fuel pepejal oksida (SOFC) dianggap sebagai peranti yang berpotensi untuk memenuhi keperluan kuasa yang semakin meningkat dengan pesat bagi pembangunan masa depan masyarakat manusia dan untuk mengurangkan penggunaan fuel fosil kerana fleksibiliti bahan api yang cemerlang ke atas lain-lain jenis sel fuel. Pembangunan mengenai SOFC diterangkan dengan lebih lanjut lagi pada bahagian yang berikutnya (Noriko, 2012).
Kebanyakkan aplikasi sel fuel adalah pada aplikasi mudah alih atau aplikasi pegun (stationary) (Ormerod, 2003; Kordesch & Simader, 1996; Carrette, Friedrich & Stimming, 2001). Aplikasi utama mudah alih termasuk sistem pengangkutan dan peralatan mudah alih elektronik, manakala aplikasi pegun termasuk haba gabungan dan sistem kuasa untuk keperluan komersial (Ormerod, 2003). Pada aplikasi pengangkutan, pengeluar kereta terkemuka seluruh dunia telah membuat rekabentuk sekurang-kurangnya satu prototaip kenderaan dengan menggunakan sel fuel. Di samping itu, sel fuel miniatur boleh menggantikan bateri untuk produk elektronik seperti telefon bimbit, komputer mudah alih, dan kamera video. Aplikasi pegun teknologi sel fuel adalah bagi penjanaan gabungan elektrik dan haba, bangunan, dan kemudahan industri.
13 2.2 Pembangunan sel fuel oksida pepejal suhu rendah
Pembangunan SOFC suhu rendah (Low temperature soli oxide fuel cell, LT-SOFC) kini merupakan kecenderungan dunia bagi pengkomersilan SOFC. Walau bagaimanapun, penurunan suhu operasi menyebabkan rintangan dalam SOFC meningkat dengan ketara, yang menyebabkan penurunan terhadap prestasi sel. Oleh itu, bagaimana untuk mengurangkan rintangan dalaman SOFC merupakan kunci utama untuk LTSOFC. Terdapat beberapa faktor yang membawa kepada rintangan dalaman SOFC. Pertama sekali adalah disebabkan rintangan besar elektrolit, kerana kekonduksian ion oksigen bahan elektrolit semasa yang rendah. Kedua, rintangan pengkutuban elektrod adalah diperbesarkan dengan penurunan suhu, terutamanya katod (Brett et al., 2008).
Terdapat dua kaedah utama di mana SOFC boleh beroperasi pada suhu yang rendah tetapi masih boleh mencapai prestasi yang setanding dengan teknologi suhu yang lebih tinggi iaitu dengan mengubah ketebalan dimensi elektrolit. Ketebalan dimensi elektrolit boleh dikurangkan kerana pengurangan kawasan rintangan tertentu sel fuel, dan/atau pembangunan bahan-bahan boleh memberi keputusan yang sama dengan meningkatkan kekonduksian ionik elektrolit pada suhu yang lebih rendah dan membawa pembaharuan pada prestasi elektrod (Brett et al., 2008; Huijser & Schoonman, 2005). Sejak kebelakangan ini, terdapat peningkatan yang besar dalam aplikasi teknologi filem nipis ke atas SOFC untuk mengurangkan rintangan dalaman bagi mengurangkan suhu operasi. Terdapat beberapa kelebihan mensintesis komponen elektrolit SOFC melalui proses filem nipis. Antaranya ialah kehilangan ohm boleh dikurangkan, suhu pensinteran juga turut boleh dikurangkan dan antara muka mudah dikawal. Dengan menggunakan lapisan nipis elektrolit, elektrolit tidak lagi boleh menyokong sel mekanikal (Beckel et al, 2007).
Sebaliknya anod/substrat biasanya digunakan untuk menyokong sel. Setakat ini banyak kerja yang telah dilakukan untuk mendepositkan filem elektrolit yttria stabil zirkonia (YSZ) menggunakan pelbagai teknologi filem nipis fizikal atau kimia, seperti pemendapan elektroforetik (electrophoretic deposition-EPD) (Hosomi et al., 2007), kaedah salutan spin (Chen et al., 2006), pemercikan frekuensi radio (radio-frequency- RF) (Huang et al., 2007), pemendapan lapisan atom (atomic layer deposition-ALD)
(Shim et al., 2007), laser pemendapan berdenyut (pulsed laser deposition-PLD) (Kokai et al., 1992), dan lain-lain. Walau bagaimanapun, masih terdapat beberapa kelemahan pada kaedah ini seperti tempoh pengeluaran yang panjang, kos yang sangat tinggi, kesukaran pada meningkatkan skala, dan juga kesukaran untuk mengawal filem membesar, yang membuat ia sukar untuk merealisasikan pengkomersialan LT-SOFC.
Satu lagi kaedah yang praktikal untuk mengeksploitasi LT-SOFC adalah dengan meneroka bahan anod yang serasi yang merupakan topik utama tesis ini dan akan dibincangkan dalam bahagian berikutnya.
2.2.1 Nikel oksida-samarium terdop ceria karbonat (NiO-SDCC)
Seria didopkan telah dikaji sebagai elektrolit potensi untuk LT-SOFC memandangkan kekonduksian ionik yang tinggi (Steele, 2000). Walau bagaimanapun, seria didopkan mempamerkan campuran kekonduksian ionik dan elektronik dalam mengurangkan atmosfera akibat penurunan sebahagian Ce4+ kepada Ce3+. Konduksi elektronik membawa kepada kehilangan voltan litar terbuka (open circuit voltage, OCV) dan penurunan kuasa output sel. Tambahan pula, ia juga boleh menyebabkan perkembangan kekisi elektrolit, menyebabkan ketidakstabilan mekanikal sel-sel. Antara bahan-bahan komposit, komposit SDCC telah digunakan secara meluas sebagai elektrolit untuk LT-SOFC dengan kepadatan kuasa yang sangat baik antara 400-600◦C (Huang et al., 2005). Kajian ini dijalankan untuk menentukan kesesuaian anod komposit NiO-SDCC-Ag untuk LT-SOFC.
2.3 Pembangunan bahan anod komposit
SOFC merupakan salah satu teknologi sel fuel yang terbaik disebabkan oleh fleksibiliti berkenaan fuel. Walau bagaimanapun, SOFC juga mempunyai beberapa kelemahan iaitu suhu operasi yang tinggi (800°C-1000°C) menghauskan (exhaust) bahan-bahan, pengoksidaan elektrod berlaku melalui peredaran fuel dan isu kos yang merupakan isu yang paling penting yang mempengaruhi kemungkinan untuk pengkomersialan
bahan-15 bahan. Manakala elektrod sel fuel boleh dipertimbangkan sebagai halangan teknikal yang paling penting untuk pelaksanaan SOFC yang meluas (Abbas et al., 2012).
Isu-isu teknikal dan ekonomi ini boleh diselesaikan dengan memperkenalkan bahan anod nanokomposit. Bahan elektrod merupakan sokongan asas yang menyumbang kepada pemindahan elektron. Tetapi keserasian elektrolit juga merupakan pendekatan sistematik utama untuk mendapatkan prestasi yang tinggi (Yang et al., 2008 ; Jardeil et al., 2010). Keperluan yang paling biasa untuk bahan anodik SOFC adalah kekonduksian elektrik yang sangat baik, aktiviti elektrokimia yang baik untuk mengoksidakan fuel, keliangan yang sesuai dalam mikrostruktur, sifat haba, morfologi elektrod dan juga keserasian elektrolit (Drozdz et al., 2012).
Selain daripada itu, masalah LT-SOFC boleh diatasi dengan pembangunan bahan-bahan anod novel dengan prestasi yang sangat baik dan kestabilan dengan pelbagai fuel termasuk hidrogen dan terutamanya hidrokarbon pada suhu pertengahan atau rendah. Sama ada dengan mengubah keadaan anod berasaskan Ni, atau dengan mengkaji seramik logam alternatif atau bahan-bahan berasaskan seramik.
2.3.1 Sifat-sifat bahan anod
Sama seperti katod, fungsi utama anod adalah untuk menyediakan tapak yang aktif untuk pengoksidaan hidrogen sebagai sel fuel melalui pemangkinan tindak balas dan memudahkan akses bahan api dan pembuangan produk. Oleh itu, anod yang digunakan pada SOFC perlu memenuhi beberapa kriteria dibawah (Drozdz et al., 2012) :
1. Mempunyai kestabilan kimia dan mekanikal yang bagus dalam persekitaran penurunan.
2. Mempunyai kekonduksian elektronik dan ionik yang tinggi. 3. Mempunyai struktur berliang.
4. Pekali pengembangan terma (Thermal expansion coefficient, TEC) yang hampir sama dengan bahan-bahan elektrolit.
Logam berharga seperti platinum, emas dan logam peralihan seperti besi dan nikel (Ni) digunakan sebagai bahan anod untuk memenuhi kriteria ini pada suhu operasi yang tinggi. Sebahagian besar SOFC menggunakan anod nikel kerana kos bahan yang rendah berbanding dengan logam berharga. Penggunaan nikel sebagai anod telah banyak diuji kerana kos yang rendah. Walau bagaimanapun, keliangan lapisan nikel berkurangan pada suhu tinggi kerana degradasi dan menyebabkan akses sel fuel terhalang (Pihlate et al., 2009)
Bahan-bahan anod yang paling biasa digunakan adalah seramik logam terdiri daripada nikel dan elektrolit pepejal seperti Ni-YSZ dan Ni-SDC, yang bertujuan untuk mengekalkan keliangan anod dengan mencegah pensinteran zarah Ni dan memberi anod TEC yang setanding dengan pepejal elektrolit. Struktur anod dengan keliangan sebanyak 20% - 40% diperlukan untuk memudahkan peralihan jisim bahan tindak balas dan produk gas (Horri et al., 2012). Kekonduksian anod bergantung kepada mikrostruktur, terutamanya saiz dan taburan saiz zarah pepejal elektrolit dan zarah nikel serta sambungan zarah nikel dalam seramik logam (Zhang et al., 2005).
2.3.2 Kaedah penghasilan serbuk anod komposit
Anod merupakan bahagian penting dalam SOFC kerana ia menyediakan tapak untuk pengoksidaan elektrokimia fuel dan menyampaikan elektron yang dihasilkan kepada antara sambungan. Kekonduksian elektrik ialah indek penting prestasi anod (Lee et al., 2003).
Penyelidikan yang dijalankan sehingga kini membuktikan bahawa mikrostruktur bahan amat bergantung kepada kaedah penyediaan tertentu. Apa yang lebih penting, struktur mikro seramik logam mempengaruhi sifat mekanikal dan elektrik bahan (Sato et al., 2009). Keperluan asas untuk struktur mikro bahan-bahan anod adalah kesinambungan fasa dan panjang sempadan tiga fasa (Triple phase boundary - TPB) yang sesuai. Yang pertama memastikan logam serta kekonduksian ionik, manakala yang kedua adalah bertanggungjawab untuk aktiviti pemangkin berdasarkan kepada tindak balas elektrokimia anod.
17 Mengawal mikrostruktur anod merupakan faktor yang paling penting dalam meningkatkan prestasi sel. Mikrostruktur anod memberi kesan kepada pengangkutan gas serta reaksi elektrokimia. Untuk sebab-sebab ini, usaha-usaha telah dibuat untuk mengawal mikrostruktur anod dengan tepat. Struktur anod halus dengan susunan seragam Ni, YSZ (yttria stabil zirkonia), dan fasa berliang dikenalpasti dapat meningkatkan kereaktifan elektrokimia dan juga penyambungan elektrod berliang. Ia diterima secara meluas bahawa penyediaan NiO /YSZ serbuk komposit adalah cara yang berkesan untuk menghasilkan mikrostruktur anod yang lebih baik (Sato et al., 2009).
De Boer et al. (2000) pula menyatakan bahawa teknik penyediaan serbuk asal boleh mempengaruhi panjang TPB. Aktiviti elektrokimia anod seramik logam sangat bergantung kepada TPB yang terdiri daripada butiran Ni, butiran SDC dan liang. Ia meningkat dengan panjang TPB yang semakin meningkat, kerana TPB yang besar menyediakan kawasan permukaan tindak balas yang lebih besar (Fukui et al., 2004). Oleh itu, panjang TPB merupakan faktor penting dalam meningkatkan prestasi anod.
Terdapat beberapa kaedah sintesis serbuk telah digunakan untuk menghasikan bahan anod seperti tindak balas keadaan pepejal (solid state reaction), sepemendakan (coprecipitation), proses sol-gel, semburan pirolisis, sintesis emulsi dan sintesis hidroterma. Setiap kaedah mempunyai kelebihan dan kelemahan yang tersendiri. Ciri ciri kaedah ini adalah bahan-bahan yang disintesis mempunyai nanostruktur seragam dan tahap keliangan yang tinggi tanpa keperluan menggunakan bekas liang. Setiap kaedah juga mempengaruhi kekonduksian elektrik bergantung kepada sifat serbuk dan tahap kekotoran.
Jun-Hoon et al. (2013) telah menyediakan komposit NiO/YSZ menggunakan kaedah sepemendakan homogen dan rawatan hidroterma. Mereka mendapati bahawa serbuk disediakan dengan menggunakan proses ini untuk meningkatkan prestasi sel kerana boleh menghasilkan TPB terancang dan juga memberi sambungan Ni yang berkesan. Di samping itu, mereka juga mendapati bahawa anod komposit NiO/YSZ menunjukkan sifat-sifat elektrokimia yang unggul dengan mengukur ciri-ciri arus-voltan (current-voltage, I-V curves) serta impedans spektrum. Sato et al. (2009) menunjukkan bahawa perubahan dalam keadaan sintesis mempunyai pengaruh yang kuat ke atas prestasi anod dan Pratihar et al (2005) pula menunjukkan bahawa kekonduksian elektrik
Ni/YSZ bahan seramik logam meningkat dengan mengurangkan tahap keliangan sampel dan disiasat bagaimana penambahan bekas liang boleh mempengaruhi kekonduksian bahan.
Beberapa artikel pula telah menghuraikan penghasilan nanopartikel YSZ melalui kaedah sol-gel untuk digunakan dalam komponen SOFC. Contohnya, Suciu et al. (2008) telah menghasilkan nanopartikel YSZ melaui kaedah sol-gel dengan sukrosa dan pektin sebagai organik. Partikel yang diperolehi telah disifatkan dengan menggunakan pembelauan sinar-X (X-ray diffraction, XRD), analisis terma (Thermal analysis, TA), dan mikroskop elektron pancaran (Transmission electron microscopy, TEM). Semua analisis yang dilakukan memberikan keputusan yang konsisten, dan menunjukkan nanopartikel yang hampir seragam, saiz kecil, dengan struktur kristal padu, dan kualiti yang sama sepenuhnya seperti yang dihasilkan dengan menggunakan prekursor organik yang diketahui.
Fukui et al. (2002) pula telah mereka Ni-YSZ seramik logam anod untuk SOFC pada pelbagai suhu pensinteran daripada NiO-YSZ zarah komposit yang dibuat melalui teknik semburan pirolisis. Hasilnya, anod seramik logam yang disinter pada 1350°C menunjukkan morfologi di mana bijirin YSZ halus adalah tersebar secara seragam pada permukaan rangkaian bijirin Ni. Prestasi elektrik seperti aktiviti elektrokimia dan rintangan dalaman Ni-YSZ seramik logam anod berubah dengan suhu pensinteran. Anod yang difabrikasi pada 1350°C pula menunjukkan prestasi elektrik yang paling tinggi. Terutamanya, voltan sel tunggal dengan Ni-YSZ seramik logam anod sangat stabil untuk 8000 jam pada 1000°C dalam keadaan operasi SOFC H2-3% H2O dan udara. Selepas ujian jangka panjang, anod seramik logam mempunyai morfologi awal. Mereka membuat kesimpulan bahawa Ni-YSZ seramik logam anod yang di fabrikasi daripada NiO-YSZ zarah komposit adalah bahan yang sangat cerah untuk kegunaan praktikal sebagai SOFC.
19 2.3.2.1 Kaedah tindak balas keadaan pepejal
Kaedah tindak balas keadaan pepejal merupakan kaedah pertama yang digunakan untuk menyediakan serbuk seramik kerana pemilihan yang tinggi, hasil yang tinggi, ketiadaan pelarut, dan kesederhanaannya (Panteix et al. 2004). Walau bagaimanapun, kaedah ini memerlukan masa pengkalsinan yang panjang pada suhu tinggi dan pengisaran berulang untuk mencapai kekonduksian elektrik serbuk yang tinggi. Proses ini membawa kepada pencemaran melalui reagen atau kekotoran lain dan menyebabkan aktiviti pemangkin dikurangkan adalah rendah, dan seterusnya menyebabkan peningkatan rintangan tentu luas (area specific resistance, ASR) dan pengaliran elektrik yang lemah.
Tindak balas keadaan pepejal selalunya sangat perlahan, dan dengan itu memerlukan suhu yang tinggi untuk melengkapkan tindak balas. Kaedah ini merupakan kaedah yang banyak digunakan oleh para penyelidik kerana ianya mudah digunakan untuk penyediaan bahan oksida seramik. Biasanya, bahan-bahan permulaan dicampurkan dalam pengisaran bebola batu akik selama beberapa jam sama ada melalui pengisaran bebola kering atau pengisaran bebola basah menggunakan pelarut. Serbuk campuran dikenakan kitaran pengisaran yang berulang, pembakaran, dan pengasahan sehingga satu fasa diperolehi (Smart & Moore 2005).
Dalam proses pengisaran bebola, terdapat beberapa parameter yang akan mempengaruhi sifat serbuk anod komposit yang dihasilkan. Parameter-parameter tersebut ialah nisbah bebola dan serbuk, saiz bebola dan taburannya, kaedah pengisaran, masa pengisaran dan halaju putaran (Gao et al., 2011). Kaedah pengisaran bebola telah dikenalpasti boleh memberi kesan yang besar ke atas sifat-sifat serbuk seperti saiz zarah, bentuk zarah dan kekerasan (Gao et al., 2011). Selain daripada proses pengisaran, suhu kalsin yang digunakan juga turut merupakan parameter penting yang perlu diambil kira dalam proses penghasilan serbuk anod komposit.
Jing Di et al. (2003) telah menghasilkan sel tunggal dengan elektrolit komposit menggunakan NiO/elektrolit sebagai anod dan lithiated NiO/elektrolit sebagai katod. Li2CO3 and Na2CO3 dicampur dengan nisbah kemolaran 52:48. Kemudian karbonat eutektik dicampur dengan serbuk SDC pada nisbah berat 1:4 menggunakan kaedah
pengisaran bebola selama 5 jam di dalam medium alkohol. Campuran dikeringkan dalam ketuhar pada 100°C selama 24 jam, dipanaskan pada 600°C selama setengah jam di udara dan dibawa keluar dari ketuhar untuk penyejukan. Sel menunjukkan kuasa ketumpatan maksimum adalah 590 mWcm-2 pada 600°C, dengan menggunakan hidrogen sebagai fuel dan udara sebagai oksida. Tidak seperti sel-sel yang berdasarkan konduktor ion oksigen tulen atau konduktor protonik tulen, OCV sel fuel SDC-karbonat berkurangan dengan peningkatan kandungan air sama ada anodik atau gas masuk katod, yang menunjukkan elektrolit adalah ionik (H+/O2-) konduktor. Keputusan yang diperolehi juga menunjukkan bahawa oksigen kekonduksian ionik menyumbang kepada sebahagian besar daripada seluruh kekonduksian sel fuel.
2.4 Komponen anod komposit SOFC
Prestasi SOFC sangat bergantung pada struktur anod yang sebahagian besarnya adalah ditentukan melalui kaedah fabrikasi. Di samping itu, tindak balas elektrokimia adalah agak berbeza daripada tindak balas heterogen biasa dalam beberapa aspek (Gorte &. Vohs, 2003). Oleh itu, adalah perlu untuk mempertimbangkan bagaimana anod berfungsi pada skala mikroskopik (Wang et al., 2001 ; Horita et al.,2002). Adalah diketahui umum bahawa tindak balas elektrokimia hanya boleh berlaku di TPB. TPB didefinisikan sebagai tapak pengumpulan di mana semua ion oksigen konduktor (elektrolit), elektron yang menjalankan fasa logam, dan fasa gas bertemu bersama-sama. Gambarajah skematik kawasan di antara elektrolit dan anod di mana TPB wujud ditunjukkan dalam Rajah 2.2
21
Rajah 2.2 : Gambar rajah skema sempadan tiga fasa anod Ni/YSZ (Mcintosh & Gorte, 2004)
Jika terdapat pecahan dalam penyambungan dalam mana-mana salah satu daripada tiga fasa, tindak balas tidak boleh berlaku. Jika ion dari elektrolit tidak dapat mencapai tapak tersebut, atau jika molekul gas fasa fuel tidak dapat mencapai tapak ini, atau jika elektron tidak boleh dikeluarkan daripada laman tapak ini, maka tapak ini tidak boleh menyumbang kepada prestasi sel. Walaupun struktur dan komposisi dengan jelas memberi kesan kepada saiz TPB, pelbagai kaedah teori dan eksperimen telah digunakan untuk menganggarkan bahawa ia memendekkan tidak lebih daripada kira-kira 10 m dari elektrolit ke dalam elektrod (Mcintosh & Gorte, 2004 ;Gorte &. Vohs, 2003).
Pada dasarnya, selagi penyebaran ion melalui elektrolit sebahagiannya menghadkan prestasi, kepekatan ion berlebihan dalam fasa oksida daripada anod adalah tidak penting. Konsep TPB mempunyai implikasi penting untuk pengoptimuman kedua-dua anod dan katod. Keadaan elektrod sel fuel biasanya mempunyai mikro/nano-struktur yang kompleks yang melibatkan elektronik saling hubung dan secara ionik menjalankan fasa, fasa gas keliangan, dan permukaan pemangkin aktif (Wilson et al., 2006 ; Brandon et al., 2003).
2.4.1 Kaedah pembentukan komponen anod
Untuk pengkomersilan SOFC, pengurangan kos masih menjadi isu utama. Pelbagai strategi telah digunakan untuk mencapai pengurangan kos seperti penggunaan bahan-bahan kurang mahal (contohnya, penyediaan serbuk melalui proses kos rendah), pembangunan bahan-bahan baru yang membolehkan operasi pada suhu yang lebih rendah, dan mengoptimumkan proses fabrikasi. Disebabkan prestasi anod sangat bergantung pada kaedah fabrikasi daripada serbuk NiO, maka penyelidikan mengenainya adalah perlu (Fergus et al., 2012).
Terdapat pelbagai jenis proses pembuatan seramik yang telah dipertimbangkan untuk pembuatan komponen SOFC. Jenis pendekatan fabrikasi membuat tiada perbezaan untuk lapisan elektrolit jika ketebalan selepas pensinteran adalah sama. Walau bagaimanapun, prestasi elektrod sangat dipengaruhi oleh keadaan pemprosesan.
Teknik mudah untuk membentuk seramik basah seperti tuangan slip, lukisan semburan, penyemperitan, tuangan kalendar dan pita adalah berdasarkan kepada membentuk rangka komponen dengan membentuk pes atau penggantungan komponen seramik dan bahan tambahan organik. Semua kaedah ini yang memerlukan pensinteran selepas pembentukan adalah menarik kerana kos yang rendah dan berpotensi untuk skala naik yang berkesan. Pembatasan umum adalah bahawa pensinteran dua bahan bersentuhan memerlukan sedikit tindak balas pada antara muka untuk mendapatkan melekat. Tambahan pula, sepadan penguncupan pensinteran dan TEC adalah kritikal untuk mendapatkan bentuk-komponen yang berterusan. Teknik seperti pengendapan wap fizikal (physical vapor deposition,PVD), pengendapan wap kimia dan elektrokimia (chemical vapor deposition, CVD and electrochemical vapor deposition, EVD) dan pengendapan ion rasuk boleh membentuk lapisan tebal dan dan tidak memerlukan pensinteran berikutnya pada suhu yang lebih tinggi. Kelebihan ini perlu diseimbangkan dengan kos, kerana proses yang memakan masa, peralatan vakum yang mahal dan penjimatan skala naik adalah terhad (Søren Primdahl, 1999).
Untuk proses fabrikasi, pita kalendar, pita tuangan, salutan buburan dip, dan EVD telah digunakan secara meluas untuk fabrikasi elektrod anod berfungsi atau anod sokongan (Singh & Minh, 2004). Berbanding dengan teknologi lain, kos pelaburan
23 untuk peralatan EVD adalah lebih tinggi. Dalam kes sel-sel elektrolit-disokong, fabrikasi elektrolit dan elektrod dikuasai oleh pita tuangan dan percetakan skrin, masing-masing (Tietz et al., 2002). Kedua-dua proses fabrikasi adalah kaedah yang mantap dalam industri elektroseramik dan skala naik mudah dilaksanakan. Untuk sel-sel anod-disokong, substrat kebanyakannya dihasilkan oleh pita tuangan (Honegger et al, 1997 ; Christie et al., 1997 ; Simwonis et al., 1999). Biasanya lapisan anod berfungsi dengan tebal beberapa mikrometer kemudiannya didepositkan ke atas substrat untuk meningkatkan prestasi elektrokimia.
Teknik pemendapan yang digunakan secara meluas untuk anod nipis, elektrolit dan lapisan katod adalah percetakan skrin. Dalam beberapa kes, tuangan slip vakum (Stover et al., 1999), semburan serbuk basah (Sammes et al., 1994), dan percetakan buburan basah (Gardner, 2000) juga digunakan untuk pembentukan anod. Untuk mengurangkan kos, Penjanaan Kuasa Siemens telah menunjukkan dua langkah yang digunakan untuk kot 100-150 μm tebal nikel/YSZ atas lapisan elektrolit. Dalam langkah pertama, serbuk buburan nikel digunakan ke atas elektrolit. Dalam langkah kedua, YSZ ditanam di di sekitar zarah nikel menggunakan process EVD yang sama seperti yang digunakan untuk mendepositkan elektrolit. Pemendapan daripada buburan Ni-YSZ ke atas elektrolit diikuti oleh pensinteran juga telah menghasilkan anod yang setara dalam prestasi seperti yang difabrikasi oleh proses EVD. Penggunaan proses bukan EVD ini akan mengakibatkan pengurangan yang ketara dalam kos pembuatanSOFC (Singhal, 2000).
Pengisitepuan basah atau penyusupan ditunjukkan sebagai salah satu teknik yang paling berkesan untuk fabrikasi sel dan pengoptimuman prestasi. Zhangbo et al.(2013) membuat kesimpulan bahawa pengisitepuan basah atau penyusupan adalah pendekatan yang berkesan untuk fabrikasi dan untuk mengoptimumkan anod SOFC untuk mendapatkan prestasi dan kestabilan yang lebih tinggi. Spesies bersaiz nano adalah diresapkan ke dalam rangka kerja anod poros untuk dua tujuan utama iaitu untuk meningkatkan kekonduksian elektronik atau ion elektrod atau untuk meningkatkan aktiviti pemangkin, atau kedua-duanya. Apabila kekonduksian terutamanya kekonduksian elektronik anod adalah terlalu rendah, sepsis pegisitepuan bersaiz nano seperti Ni, Cu dan LSCM perlu membentuk rangkaian berterusan atau
sekurang-kurangnya dapat menyambung zarah konduktif yang pada asalnya dipisahkan. Kajian terdahulu juga turut menyatakan bahawa penggunaan Pd dan Pd/seria boleh meningkatkan aktiviti pemangkin, dimana ia menjadi pemangkin yang paling berkesan untuk kestabilan prestasi redoks dan keserasian komponen anod dan karbon atau meningkatkan toleransi sulfur. Walau bagaimanapun, kos sebatian yang mengandungi Pd atau Pd/seria adalah terlalu tinggi, menjadikan ia bukan pilihan utama untuk aplikasi SOFC berskala besar (Zhangbo et al., 2013).
Walaupun proses yang berbeza digunakan untuk fabrikasi anod dan elektrolit dalam SOFC, kriteria pemilihan utama untuk fabrikasi pada masa hadapan masih merupakan aspek penting yang mengambil kira kos, potensi untuk automasi, kebolehulangan dan ketepatan teknik yang berbeza (Tietz et al., 2002).
2.4.1.1 Kaedah penekanan ekapaksi
Kaedah penekanan ekapaksi biasanya merupakan pilihan untuk fabrikasi sel bersokong anod SOFC yang digunakan dalam penyelidikan skala makmal. Biasanya, kaedah ini tidak digunakan untuk fabrikasi berskala besar. Menurut penyelidikan Jared (2010), faktor utama yang menjejaskan kekuatan awal kepadatan ialah kandungan lembapan, dan daya penekanan. Daya yang berlebihan semasa pemadatan ialah retak bahagian tepi manakala daya yang tidak mencukupi menyebabkan retak melalui badan cakera. Selain daripada itu, Jared juga mendapati serbuk yang dipadatkan akan melekat pada acuan dan ia akan berderai apabila dipadatkan semula pada hari lembap. Bukan sahaja kekuatan awal terjejas semasa fabrikasi, tetapi prestasi SOFC juga boleh turut terjejas dengan melaraskan tekanan pemadatan seperti yang dilihat dalam kajian oleh (Lee et al, 2004). Dalam kajian mereka, mereka dapati keseimbangan antara kekonduksian dan kebolehtelapan berlaku pada kira-kira 4MPa.
RUJUKAN
Abbas, G., Chaudhry, M.A., Raza, R., Singh, M., Liu, Q., Qin, H., & Zhu, B. (2012). Study of CuNiZnGdCe-nanocomposite anode for low temperature sofc.
Nanoscience and Nanotechnology Letters, 4, 389–393.
Beckel, D, Bieberle-Huetter, A., Harvey, A., Infortuna, A., Muecke, U.P., Prestat, M., Rupp, J.L.M. & Gauckler, L.J.J. (2007). Thin films for micro solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources, 173, 325-345.
Bodén, A., Di, J., Lagergren, C., Lindbergh, G., & Wang, C. Y. (2007). Conductivity of SDC and (Li/Na)2CO3 composite electrolytes in reducing and oxidising atmospheres. Journal of Power Sources, 172(2), 520–529.
Boer, B.D., Gonzalez, M., Bouwmeester, H.J.M., & Verweij, H. (2000). The effect of the presence of fine YSZ particles on the performance of porous nickel electrodes. Solid State Ionics, 127(3-4), 269-276.
Brandon, N.P., Skinner, S., & Steele, B.C.H. (2003). Recent advances in materials for fuel cells. Annual Review of Materials Research, 33, 183–213.
Brett, D.J.L, Atkinson, A., Brandon, N.P., & Skinner, S.J. (2008). Intermediate temperature solid oxide fuel cells. Chemical Society Reviews, 37(8), 1568 -1578.
Camaratta, M., & Wachsman, E. (2007). Silver–bismuth oxide cathodes for IT-SOFCs; Part I — Microstructural instability. Solid State Ionics, 178(19-20), 1242–1247.
Carrette, L., Friedrich, K.A., & Stimming, U. (2001). Fuel cells-fundamental and applications. Physical Chemistry, 1(1), 5-39.
Chavan, A. U., Jadhav, L. D., Jamale, a. P., Patil, S. P., Bhosale, C. H., Bharadwaj, S. R., & Patil, P. S. (2012). Effect of variation of NiO on properties of NiO/GDC (gadolinium doped ceria) nano-composites. Ceramics International, 38(4), 3191– 3196.
Chen, Y., & Cheng, W.J. Wei (2006). Processing and characterization of ultra-thin yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolytic films for SOFC. Solid State Ionics, 177,
351-357.
Chen, M., Kim, B. H., Xu, Q., & Ahn, B. G. (2009). Preparation and electrochemical properties of Ni–SDC thin films for IT-SOFC anode. Journal of Membrane Science, 334(1-2), 138–147.
Christie, G.M. & Huijsmans J.P.P. in: Stimming U, Singhal S.C, Tagawa H, & Lehnert W (Eds.) (1997). Proceedings of the fifth international symposium on solid oxide fuel cells (SOFC-V). The electrochemical society; Pennington, New Jersey. pp. 718.
Costa-Nunes, O., Gorte, R.J. & Vohs, J.M. (2005). Comparison of the performance of Cu-CeO2–YSZ and Ni–YSZ composite SOFC anodes with H2, CO, and syngas.
Journal of Power Sources, 141(2), 241-249.
Drozdz, C.E., Wyrwa, J., Pyda, W., & Rekas M. (2012). A new method of preparing Ni/YSZ cermet materials. Journal of Materials Science, 47(6), 2807-2817.
82 EG & G technical services (2004). Fuel cell handbook. West Virginia : EG & G
Technical services Inc. ms 7-12.
Fan, L., Chen, M., Wang, C., & Zhu, B. (2012). Pr2NiO4–Ag composite cathode for low temperature solid oxide fuel cells with ceria-carbonate composite electrolyte.
International Journal of Hydrogen Energy, 37(24), 19388–19394.
Fergus, J.W., Hui R., Li X., Wilkinson D.P. & Zhang J (2009). Solid oxide fuel cells materials properties and performance. New York: CRC Press.
Frano Barbir (2013). PEM fuel cells: Theory and practice. Oxford, London : Academic press.copyright. ms 3-4.
Fukui, T., Ohara, s.,Naito,M. & Nogi, K. (2002). Performance and stability of SOFC anode fabricated from NiO–YSZ composite particles. Journal of Power Sources, 110(1), 91–95.
Fukui, T., Murata, K., Ohara, S., Abe, H., Naito, M.,& Nogi, K. (2004). Morphology control of Ni-YSZ cermet anode for lower temperature operation of SOFCs. Journal of Power Sources, 125(1), 17-21.
Gardner, F.J., Day, M.J., Brando,n N.P., Pashley, M.N., & Cassidy, M. (2000). SOFC technology development at Rolls-Royce. Journal of Power Sources, 86(1-2),
122–129.
Gao, D., Zhao, w., J., Ran, R., & Shao, Z. (2011). Influence of high-energy ball milling of the starting powder on the sintering; microstructure and oxygen permeability of Ba0.5Sr0.5Co0.5Fe0.5O3−δ membranes. Journal of Membrane Science, 366, 203-211.
Gorte, R.J. & Vohs, J.M, (2003). Novel SOFC anodes for the direct electrochemical oxidation of hydrocarbons. Journal of Catalysis, 216(1-2), 477–486.
Hamimah A.R, Andanastuti M, Norhamidi M, & Huda A (2013). La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ—SDC carbonate composite cathodes for low-temperature. Materials Chemistry and Physics, 141, 752-757.
Honegger, K., Batawi, E., Sprecher, C., & Diethelm, R., dalam : Stimming, U., Singhal, S.C., Tagawa, H., & Lehnert, W. (Eds.)( 1997). Proceedings of the fifth international symposium on solid oxide fuel cells (SOFC-V). The Electrochemical society; Pennington, New Jersey. pp. 321.
Hongxing, H. & Meilin, L.(1996). Silver-BaCe0.8Gd0.203 composites as cathode materials for SOFCs Using BaCeO3-based electrolytes. Journal of Electrochemical Society, 143(3), 859-863.
Horita, T., Yamaji, K., Sakai, N., Xiong, Y., Kato, T., Yokokawa, H., & Kawada, T. (2002). Imaging of oxygen transport at SOFC cathode/electrolyte interfaces by a novel technique. Journal of Power Sources, 106, 224–230.
Horri, B.A., Selomulya, C. & Wang, H. (2012). Characteristics of Ni/YSZ ceramic anode prepared using carbon microspheres as a pore former. International Journal of Hydrogen Energy 37(2), 15311-15319.
Hosomi, T., Matsuda, M., & Miyake, M. (2007). Electrophoretic deposition for fabrication of YSZ electrolyte film on non-conducting porous NiO-YSZ composite substrate for intermediate temperature SOFC. Journal of European
84 Hu, H., & Liu, M. (1996). Silver-BaCe0.8Gd0.203 composites as cathode materials for sofcs using baceo3-based electrolytes. Journal of Electrochemical Society, 143(3),
859-854.
Hu, J.D., Tosto, S., Guo, Z.X., & Wang, Y.F., (2006). Ethanol electro-oxidation on carbon-supported Pt, PtRu and Pt3Sn catalysts: A quantitative DEMS study.
Journal of Power Sources, 154 (1), 106.
Huang, J.B., Mao, Z.Q., Yang, L.Z., & Peng, R.R. (2005). SDC-Carbonate composite electrolytes for low-temperature SOFCs. Electrochemical Solid State Letter, 8(9),
A437–A440.
Huang, H., Nakamura, M., Su, P., Fasching, R., Saito, Y., & Prinz, F.B.J. (2007). High-performance ultrathin solid oxide fuel cells for low-temperature operation. Journal of Eectrochemical Society, 154(1), B20-B24.
Huang, J., Mao, Z., Liu, Z., & Wang, C. (2007). Development of novel low-temperature SOFCs with co-ionic conducting SDC-carbonate composite electrolytes.
Electrochemistry Communications, 9(10), 2601–2605.
Huang, J., Mao, Z., Liu, Z., & Wang, C. (2008). Performance of fuel cells with proton-conducting ceria-based composite electrolyte and nickel-based electrodes. Journal of Power Sources, 175(1), 238–243.
Huang, J., Gao, Z.. & Mao, Z. (2010). Effects of salt composition on the electrical properties of samaria-doped ceria/carbonate composite electrolytes for low-temperature SOFCs. International Journal of Hydrogen Energy, 35(9), 4270-4275.
Huang, J., Xie, F., Wang, C., & Mao, Z. (2012). Development of solid oxide fuel cell materials for intermediate-to-low temperature operation. International Journal of Hydrogen Energy, 37(1), 877–883.
Huijser, A. & Schoonman (2005). Materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells and for proton exchange membrane fuel cells. Journal of Environmental Engineering and Management, 4(3), 293 -305.
Itoh, H., Yamamoto, T., Mori, M., Horita, T., Sakai, N., Yokokawa, H. & Dokiya, M. (1997). Configurational and electrical behavior of Ni-YSZ cermet with novel microstructure for solid oxide fuel cell anodes. Journal of Electrochemical Society, 14(2), 641-646.
Jardiel, T., Caldes, M.T., Moser, F., Hamon, J., Gauthier, G. & Joubert, O.(2010).New SOFC electrode materials: The Ni-substituted LSCM-based compounds (La0.75Sr0.25)(Cr0.5Mn0.5 − xNix)O3 − δ and (La0.75Sr0.25)(Cr0.5 − xNixMn0.5)O3 – δ.
Solid State Ionics, 181(19-20), 894-901.
Jared R. M. (2010). Fabrication and analysis of compositionally graded functional layers for solid oxide fuel cells. Wright State University. Thesis of master's degree.
Jarot, R., Andanastuti, M., Wan Ramli, W. D., Norhamidi, M., & Edy Herianto, M. (2010). Fabrication of Dense Composite Ceramic Electrolyte SDC-(Li/Na)2CO3.
Key Engineering Materials, 447-448, 666–670.
Jarot, R., Muchtar, A., Wan Daud, W. R., Muhamad, N., & Majlan, E. H. (2011). Porous NiO-SDC carbonates composite anode for LT-SOFC applications produced by pressureless sintering. Applied Mechanics and Materials, 52-54, 488–493.
86 Jarot, R., Muchtar, A., Wan Daud, W. R., Muhamad, N., & Majlan, E. H. (2012). Pencirian fizikal dan terma komposit seramik Elektrolit. Sains malaysiana, 41(1), 95–102.
Jing, D., Mingming, C., Chengyang, W., Jiaming, Z., Liangdong, F., & Bin, Z. (2010). Samarium doped ceria–(Li/Na)2CO3 composite electrolyte and its electrochemical properties in low temperature solid oxide fuel cell. Journal of Power Sources, 195, 4695–4699.
Jiang, S.P. (2012). Nanoscale and nano-structured electrodes of solid oxide fuel cells by infiltration: Advances and challenges. International Journal of Hydrogen Energy 37 (1), 449-470.
Julia, o., Benjamin, V., Yixiang, G., Robert, M., & Marc K. (2013). A micromechanical model for effective conductivity in granular electrode structures. Acta Mechanica Sinica, 29(5), 682–698.
Kawada, T., Sakai, N., Yokokawa, H., Dokiya, M., Mori, M. & Iwata, T. (1990). Characteristics of slurry‐coated nickel zirconia cermet anodes for solid oxide fuel cells. Journal of Electrochemical Society, 137(10), 3042-3047.
Kawada, T., Sakai N., Yokokawa, H., Dokiya, M., Mori, M. & Iwata, T. (1990). Structure and polarization characteristics of solid oxide fuel cell anodes. Solid State Ionics, 40-41(1), 402-406.
Kilius, L. B. (2009). Effect of carbonate addition on cobaltite cathode performance.
Queen‟s University, Canada. Thesis degree of doctor of philosophy.
Kokai, F., Amano, K., Ota, H., Ochiai, Y. & Umemura, F. (1992). XeCl laser ablative deposition and characterization of yttria‐stabilized zirconia thin films on glass and CeO2‐Sm2O3. Journal of Applied Physics, 72(2), 699.
