Керамические топливные ячейки для космических аппаратов

Рубрика: 
Космические аппараты и полезная нагрузка
Луговый, НИ, Слюняев, ВН, Бродниковский, ЕН, Васильев, АД, Штейнбергер-Вилькенс, Р
Косм. наука технол. 2009, 15 ;(2):005-015
https://doi.org/10.15407/knit2009.02.005
Язык публикации: Украинский
Аннотация: 
Рассматриваются технологические основы производства плоских твердооксидных топливных ячеек с несущим анодом на базе оксида циркония с добавками оксида скандия, что имеет повышенную электропроводность. Приведены результаты исследования микрорастрескования этого электролита, напыленного электроннолучевым способом. Актуальность таких исследований состоит в том, что механическая целостность электролита является предпосылкой надежности твердооксидных топливных ячеек и использования их в космических аппаратах. Рассмотрены также механизмы деградации компонентов топливной ячейки путем послабления межзеренных границ через сегрегацию примесей во время эксплуатации.
Ключевые слова: микрорастрескование, электролит, электропроводность
 
Полный текст (PDF)
References: 
2.Полетика И. М. Межкристаллитная адсорбция при­месей и разрушение металлов. — Новосибирск: Нау­ка, 1988. – 126 c.
3.Салганик Р. Л. Механика тел с большим числом тре­щин // Изв. АН СССР. Мех. твердого тела. — 1973. — № 4. — C. 149–158.
4.Слюняев В. Н., Луговой Н. И., Фирстов С. А. Зерногра-ничная сегрегация в бинарном сплаве при термооб­работке: немонотонная температурная зависимость и влияние на межзеренную хрупкость // Металло-физ. новейшие технол. — 2007. — 29, № 4. — С. 451– 469.
5.Устиновщиков Ю. И., Банных О. А. Природа отпуск­ной хрупкости сталей. — М.: Наука, 1984. — 240 c.
6.Утевский Л. М., Гликман Е. Э., Карк Г. С. Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа. — М.: Металлургия, 1987. — 224 c.
7. Atkinson A. Chemically-induced stresses in gadolinium-doped ceria solid oxide fuel cell electrolytes // Solid State Ionics. — 1997. — 95. — P. 249–258.
8. Atkinson A., Selcuk A. Mechanical behavior of ceramic oxygen ion-conducting membranes // Solid State Ionics. — 2000. — 134. — P. 59–66.
9. Brockenbrough J. R., Zok F. W. On the role of particle cracking in flow and fracture of metal matrix composites // Acta Metall. Mater. — 1995. — 43, N 1. — P. 11–20.
10. Chevalier J., Olagnon C., Fantozzi G. et al. Creep behav­iour of alumina, zirconia and zirconia-toughened alumi­na // J. Eur. Ceram. Soc. — 1997. — 17, N 6. — P. 859– 864.
11. Fischer W., Malzbender J., Blass G. et al. Residual stresses in planar solid oxide fuel cells // J. Power Sources. — 2005. — 150. — P. 73–77.
12. Ghosh S., Moorthy S. Particle fracture simulation in non-uniform microstructures of metal-matrix composites // Acta Mater. — 1998. — 46, N 3. — P. 965–982.
13. Gogotsi G., Lugovy M. Local stochastic analysis of microc-racking and non-elastic behavior of ceramics // Theor. Appl. Fract. Mec. — 2001. — 36. — P. 115–123.
14. Guo X. Physical origin of the intrinsic grain-boundary resistivity of stabilized-zirconia: Role of the space-charge layers // Solid State Ionics. — 1995. — 81. — P. 235–242.
15. Huijsmans J. P. P., Van Berkel F. P. F., Christie G. M. Intermediate temperature SOFC — a promise for the 21st century // J. Power Sources. — 1998. — 71. — P. 107–110.
16. Hwang S.-L., Chen I-W. Grain size control of tetragonal zirconia polycrystals using the space charge concept // J. Amer. Ceram. Soc. — 1990. — 73, N 11. — P. 3269–3277.
17. Kiser M. T., Zok F. W., Wilkinson D. S. Plastic flow and fracture of particulate metal matrix composite // Acta Mater. — 1996. — 44, N 9. — P. 3465–3476.
18. Kouzeli M., Weber L., San Marchi C. et al. Influence of damage on the tensile behaviour of pure aluminium rein­forced with ≥40 vol. pct alumina particles // Acta Mater. — 2001. — 49. — P. 3699–3709.
19. Lemaitre J. A course on damage mechanics. — Berlin: Springer-Verlag, 1992.
20. Liu C.-K., Chen T.-T., Chyou Y.-P. et al. Thermal stress analysis of a planar SOFC stack // J. Power Sources. — 2007. — 164. — P. 238–251.
21. Lugovy M., Orlovskaya N., Berroth K. et al. Micro-structural engineering of ceramic-matrix layered compos­ites: Effect of grain size dispersion on single-phase ceram­ic strength // Comp. Sci. Technol. — 1999. — 59, N 2. — P. 283–289.
22. Lugovy M., Podrezov Y., Slyunyaev V. et al. Fracture resistance and strength of two-phase WC-Ni alloy // Theor. Appl. Fract. Mec. — 1999. — 31. — P. 85–90.
23. Lugovy M., Slyunyayev V., Orlovskaya N. et al. Apparent fracture toughness in Si3N4-based laminates with residual compressive or tensile stresses in surface layers // Acta Mater. — 2005. — 53. — P. 289–296.
24. Lugovy M., Slyunyayev V., Subbotin V. et al. Crack arrest in Si3N4-based layered composites with residual stress // Comp. Sci. Technol. — 2004. — 64, N 13–14. — P. 1947– 1957.
25. Lugovy M., Slyunyayev V., Texeira V. Residual stress relaxation processes in thermal barrier coatings under tension at high temperature // Surf. Coat. Technol. — 2004. — 184, N 2–3. — P. 331–337.
26. Nan C.-W., Clarke D. R. The influence of particle size and particle fracture on the elastic/plastic deformation of metal matrix composites // Acta Mater. — 1996. — 44, N 9. — P. 3801–3811.
27. Podrezov Y., Lugovoy N., Slyunyaev V. et al. Statistical failure model of materials with micro-inhomogeneity // Theor. Appl. Fract. Mec. — 1997. — 26. — P. 35–40.
28. Ralph J. M., Schoeler A. C., Krumpelt M. Materials for lower temperature solid oxide fuel cells // J. Mater. Sci. —
2001. — 36. — P. 1161–1172.
29. Seah M. P. Grain boundary segregation // J. Phys. F: Metal Phys. — 1980. — 10. — P. 1043–1064.
30.Selimovich A., Kemm M., Torrison T. et al. Steady state and transient thermal stress analysis in planar solid oxide fuel cells // J. Power Sources. — 2005. — 145. — P. 463– 469.
31. Shao S., Fan Z., Shao J. et al. Evolutions of residual stress and microstructure in ZrO2 thin films deposited at different temperatures and rates // Thin Solid Films. — 2003. — 445. — P. 59–62.
32. Singhal S. C. Review: Solid oxide fuel cells for stationary, mobile, and military applications // Solid State Ionics. —
2002. — 152–153. — P. 405–410.
33. Tsoga A., Nikolopoulos P. Surface and grain-boundary energies in yttria-stabilized zirconia (YSZ-8 mol%) // J. Mater. Sci. — 1996. — 31, N 20. — P. 5409–5413.
34. Will J., Mitterdorfer A., Kleinlogel C. et al. Fabrication of thin electrolytes for second-generation solid oxide fuel cells // Solid State Ionics. — 2000. — 131. — P. 79–96.
35. Yakabe H., Baba Y., Sakurai T. , et al. Evaluation of the residual stress for anode-supported SOFC // J. Power Sources. — 2004. — 135. — P. 9–16.

36. Yamamoto O. Solid oxide fuel cells: fundamental aspects and prospects // Electrochim. Acta. — 2000. — 45. — P. 2423–2435.