مقدمه

پیلهاي سوختی ابزاري مؤثر براي تبدیل انرژي شیمیایی به انرژي الکتریکی هستند که به علت بازده بالا و آلودگی زیست محیطی و صوتی پایین توجه زیادي را به خود جلب کردهاند]١.[

در بین انواع مختلف پیلهاي سوختی، پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) با داشتن مزایایی از قبیل توان تبدیل انرژي بالا و

همچنین امکان استفاده از انواع سوختها به واسطهي دماي کاري بالا، از اهمیت بسزایی برخوردار میباشد]٢.[
پیلهاي سوختی اولیه در دماي بالا (۸۰۰-۱۰۰۰ ᵒ C) کار می-

کردند. هرچند دماي کاري بالا، در افزایش سرعت واکنشهاي الکترود و کاهش مقاومت اهمی پیل مفید است، احتمال انجام واکنشهاي مضر بین اجزاء پیل، نیاز به استفاده از روابط میانی فلزي گران قیمت را بیشتر میکند. بنابراین تلاش براي کاهش دماي کاري این نوع پیل سوختی، بطوریکه از عملکرد آن کاسته

۲

نشود، افزایش یافته است. یکی از راههاي کاهش دما انتخاب مواد جایگزین مناسب براي ساخت اجزاي پیل سوختی است.

یکی از اجزاي اساسی پیل سوختی، کاتد است که مهمترین خاصیت آن رسانندگی الکترونی بالا و رسانندگی یونی کافی است.

بعلاوه، الکترود پیل سوختی اکسید جامد باید ساختاري متخلخل داشته باشد تا واکنشدهندهها را به محلهاي واکنش منتقل کند]٣.[

کاهش دماي کاري SOFC تا ۵۰۰-۷۵۰ᵒ C اجازه انتخاب بیشتري را براي مواد کاتدي فراهم میکند. در بین انواع مختلف موادي که رسانندگی الکترونی ویونی آمیخته دارند، موادي با ساختار پروسکایتی ABO3 گونه خواص رسانندگی خوبی از خود نشان میدهند]٤.[ مطالعات متعدد روي موادي که رسانندگی الکترونی و یونی آمیخته دارند، BSCF را کاندیداي امیدبخشی براي کاتد پیل سوختی اکسید جامد دماي میانی معرفی نموده است]٥ و٦.[

یکی از روشهاي افزایش سطوح واکنش و در نتیجه کاهش مقاومت اجزاي پیل و بهبود عملکرد آن، ساخت آن بصورت لایه نازك است. لایهنشانی لیزر پالسی یکی از روشهاي مؤثر لایه-

نشانی است. در این روش عوامل مختلفی چون دماي زیرلایه، انرژي لیزر و فشار اکسیژن بر خصوصیات فیزیکی لایه تأثیرگذار است. در این مقاله به بررسی تأثیر فشار اکسیژن روي خواص ماده کاتدي BSCF خواهیم پرداخت.

آماده سازي و تهیه نمونهها

در ابتدا نمونه پودري BSCF به روش سل- ژل ساخته شد.

در این روش از نمکهاي نیتراتی ,Sr(NO3)2 ,Ba(NO3)2

EDTA ,Co(NO3)2 ,Fe(NO3)3 و اسید سیتریک براي ساخت ماده استفاده شد. ساختار بلوري نمونه توسط دستگاه پراش پرتو X

(XRD) با طول موج ۱/۵۴۶۹Å از چشمهي CUKα مدل (XPERT)، مطالعه شد. پس از ساخت هدف متشکل از پودر BSCF فوق لایه نازكهاي BSCF به روش لایه نشانی لیزر پالسی (PLD) بر روي زیرلایههاي STO (100) در گسترهي دمایی ۵۰۰ تا ۷۰۰ ᵒ C ودر فشارهاي در فشارهاي ۱۰۰، ۲۰۰و ۳۰۰ mTorr اکسیژن، لایهنشانی شدند. در ابتدا محفظه تا فشار زمینهي ۱/۵×۱۰-۵ Torr خلأ و سپس گاز اکسیژن وارد محفظه شد. پرتو یک لیزر اگزایمر (KrF)، با طول موج ۲۴۸ nm و انرژي

حدود ۳۶۰ mj . Pulse-1 بر روي هدف در درون محفظه متمرکز شد. فاصله هدف تا زیر لایه ثابت و برابر ۶۵mm میباشد.

بررسی توپوگرافی و زبري سطح لایهها توسط میکروسکوپ نیروي اتمی (AFM) مدل Veeco صورت گرفت. اندازهگیري مقاومت برحسب دما به روش چهار نقطهاي براي نمونه پودري و لایه نازكها تا دماي کاري پیل سوختی انجام شد.

بحث و نتایج

خواص ساختاري

شکل (۱) الگوي XRD نمونه پودري BSCF همراه با اندیسهاي میلر و لایههاي تهیه شده در فشارهاي مختلف را نشان میدهد. با استفاده از تحلیل دادهها با نرمافزار Full-Prof مشخص شد که نمونهي پودري تک فاز و داراي ساختار پروسکایت مکعبی است و در گروه فضایی pm-3m قرار دارد. پارامتر شبکه بدست آمده، a= 3/9875Å میباشد