<!--[if !mso]> <object classid="clsid:38481807-CA0E-42D2-BF39-B33AF135CC4D" id=ieooui></object><mce:style><! st1\:*{behavior:url(#ieooui) } --> The present work was initiated to study the synthesis and properties of lanthanum gallate based oxides as intermediate temperature electrolyte for solid oxide fuel cells. The wet chemical method, polymer complexing route, was used to prepare the precursor powders. To further investigate the polymer complexing method, it was also applied to the preparation of lanthanum aluminate based oxides.   Single perovskite phase La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O2.815 can be prepared by the polymer complexing method using PVA as complexing agent. The thermal decomposition of the precursor powder undergoes three stages. While complete decomposition of the precursor is obtained at 1000°C. Further investigation of LaGaO3 doped with various amounts Sr or/and Mg was conducted. Three secondary phases were identified by X-ray diffraction, e.g. LaSrGaO4, LaSrGa3O7 and La4Ga2O9. The relative amount of these secondary phases depends on the doping compositions. Sr doping produced more Sr rich secondary phases with increasing content, while enhanced solid solubility was observed with Mg addition. Sintered samples showed dense microstructures with well-developed equiaxed grains, and the secondary phases were mainly in the grain boundaries. The oxygen ionic conductivity was enhanced by doping with Sr and Mg. Mg doping showed the increased activation energy of conductivity.   Preliminary study showed that the lanthanum gallate and ceria composite electrolyte is mainly fluorite CeO2 phase after sintering. The minority secondary phase, Sm3Ga5O12, was also detected by XRD. The composite electrolyte showed superior electrical performance. It exhibited the highest conductivity in the temperature range of 250–600°C, compared with lanthanum gallate and ceria specimens.   The phase pure perovskite La0.9Sr0.1Al0.85Mg0.1Co0.05O2.875 powders can easily be obtained by the polymer method using PVA as complexing agent. No secondary phase was detected after calcination at various temperatures (500–1100°C). The fully crystallized LaAlO3 phase was prepared after calcination at 900°C. Meanwhile the secondary phases were difficult to eliminate in the Sr- and Mg- doped LaGaO3 powder prepared by the same polymer method. It is thus concluded that the polymer, PVA in this work, provides more homogeneous mixing for cations of lanthanum aluminate based oxides, compared with the one for doped lanthanum gallate.   The influence of different complexing agents, e.g. PVA and PEG, was investigated in the synthesis of lanthanum aluminate powders. Minority impurity La2O3 existed in the PEG powder, but it could be eliminated after sintering at high temperatures. Although the pure phase LaAlO3 can be easily obtained in PVA powders calcined at 950°C, more seriously aggregated particles existed. PEG showed advantages over PVA in terms of better densification and microstructure control in the sintered products. To select proper polymers in complex oxide synthesis, the agglomeration and morphology of the powder are the most important factors to be considered. / QC 20100727

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2014-11-10T12:24:02Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-11-10T12:24:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2014-11-10T12:24:02Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-11-10T12:24:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O galato de lantânio contendo substituições parciais de estrôncio e magnésio (La1-xSrxGa1-yMgyO3-&delta;) apresenta estrutura tipo perovsquita e alta condutividade para íons de oxigênio. Outras características desta cerâmica são o extenso domínio eletrolítico e a baixa condutividade eletrônica. É um material promissor para uso como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias, devido sua alta condutividade iônica e estabilidade em uma ampla faixa de pressão parcial de oxigênio. Neste trabalho, a composição La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2O3-&delta; foi preparada pelo método convencional de mistura de óxidos a partir de diferentes rotas e pelo método de complexação de cátions. As amostras foram consolidadas pelo método convencional de sinterização e por sinterização rápida. Pelo método de mistura de óxidos foi possível obter a fase ortorrômbica do LSGM, mas não foi possível eliminar as fases SrLaGaO4, La4Ga2O9 e SrLaGa3O7, independente das condições de sinterização utilizadas. Precipitados de óxido de magnésio foram observados nas amostras preparadas pelos dois métodos de síntese empregados identificados apenas por microscopia eletrônica de varredura. As densidades obtidas foram superiores a 97% da densidade teórica em amostras sinterizadas a 1450 °C/4 h, para os materiais preparados por mistura de óxidos. Amostras preparadas por método de complexação de cátions e aquelas consolidadas por sinterização rápida apresentaram menores valores de densidade. Grãos de tamanhos micrométricos foram obtidos para os dois métodos de sinterização. Amostras calcinadas a 1250°C apresentaram maiores densidades e maiores valores de condutividade iônica dos grãos e dos contornos de grãos, quando comparadas com as demais amostras. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

O galato de lantânio contendo substituições parciais de estrôncio e magnésio (La1-xSrxGa1-yMgyO3-&delta;) apresenta estrutura tipo perovsquita e alta condutividade para íons de oxigênio. Outras características desta cerâmica são o extenso domínio eletrolítico e a baixa condutividade eletrônica. É um material promissor para uso como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias, devido sua alta condutividade iônica e estabilidade em uma ampla faixa de pressão parcial de oxigênio. Neste trabalho, a composição La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2O3-&delta; foi preparada pelo método convencional de mistura de óxidos a partir de diferentes rotas e pelo método de complexação de cátions. As amostras foram consolidadas pelo método convencional de sinterização e por sinterização rápida. Pelo método de mistura de óxidos foi possível obter a fase ortorrômbica do LSGM, mas não foi possível eliminar as fases SrLaGaO4, La4Ga2O9 e SrLaGa3O7, independente das condições de sinterização utilizadas. Precipitados de óxido de magnésio foram observados nas amostras preparadas pelos dois métodos de síntese empregados identificados apenas por microscopia eletrônica de varredura. As densidades obtidas foram superiores a 97% da densidade teórica em amostras sinterizadas a 1450 °C/4 h, para os materiais preparados por mistura de óxidos. Amostras preparadas por método de complexação de cátions e aquelas consolidadas por sinterização rápida apresentaram menores valores de densidade. Grãos de tamanhos micrométricos foram obtidos para os dois métodos de sinterização. Amostras calcinadas a 1250°C apresentaram maiores densidades e maiores valores de condutividade iônica dos grãos e dos contornos de grãos, quando comparadas com as demais amostras. / Lanthanum gallate with partial substitution on La and Ga sites (La1-xSrxGa1-yMgyO3-&delta;) has perovskite structure and high oxide-ion conductivity. Other properties of this ceramic material comprise a relatively wide electrolytic domain and low electron conductivity. Doped lanthanum gallate is a potential solid electrolyte for intermediate-temperature solid oxide fuel cells due to its high ionic conductivity and stability in a wide range of oxygen partial pressure. In this work, the composition La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-&delta; was prepared by the conventional method of mixing of the starting oxides followed by different processing routes and by the cation complexation method. The ceramic specimens were consolidated by conventional sintering and by fast firing. All specimens prepared by solid state reaction show the characteristic orthorhombic phase of lanthanum gallate and SrLaGaO4, La4Ga2O9 and SrLaGa3O7 secondary phases, independent on the method of sintering. Energy dispersive X-ray spectroscopy coupled to scanning electron microscopy evidenced that all prepared specimens contain MgO grains precipitated along the grain boundaries. High relative densities were obtained for specimens prepared by solid state reaction and consolidated by conventional sintering at 1450 °C/4 h. All specimens exhibit micron sized grains independent on the sintering method. The highest values of relative density and ionic conductivity were obtained for specimens calcined at 1250°C.

O galato de lantânio contendo substituições parciais de estrôncio e magnésio (La1-xSrxGa1-yMgyO3-&delta;) apresenta estrutura tipo perovsquita e alta condutividade para íons de oxigênio. Outras características desta cerâmica são o extenso domínio eletrolítico e a baixa condutividade eletrônica. É um material promissor para uso como eletrólito sólido em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias, devido sua alta condutividade iônica e estabilidade em uma ampla faixa de pressão parcial de oxigênio. Neste trabalho, a composição La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2O3-&delta; foi preparada pelo método convencional de mistura de óxidos a partir de diferentes rotas e pelo método de complexação de cátions. As amostras foram consolidadas pelo método convencional de sinterização e por sinterização rápida. Pelo método de mistura de óxidos foi possível obter a fase ortorrômbica do LSGM, mas não foi possível eliminar as fases SrLaGaO4, La4Ga2O9 e SrLaGa3O7, independente das condições de sinterização utilizadas. Precipitados de óxido de magnésio foram observados nas amostras preparadas pelos dois métodos de síntese empregados identificados apenas por microscopia eletrônica de varredura. As densidades obtidas foram superiores a 97% da densidade teórica em amostras sinterizadas a 1450 °C/4 h, para os materiais preparados por mistura de óxidos. Amostras preparadas por método de complexação de cátions e aquelas consolidadas por sinterização rápida apresentaram menores valores de densidade. Grãos de tamanhos micrométricos foram obtidos para os dois métodos de sinterização. Amostras calcinadas a 1250°C apresentaram maiores densidades e maiores valores de condutividade iônica dos grãos e dos contornos de grãos, quando comparadas com as demais amostras. / Lanthanum gallate with partial substitution on La and Ga sites (La1-xSrxGa1-yMgyO3-&delta;) has perovskite structure and high oxide-ion conductivity. Other properties of this ceramic material comprise a relatively wide electrolytic domain and low electron conductivity. Doped lanthanum gallate is a potential solid electrolyte for intermediate-temperature solid oxide fuel cells due to its high ionic conductivity and stability in a wide range of oxygen partial pressure. In this work, the composition La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-&delta; was prepared by the conventional method of mixing of the starting oxides followed by different processing routes and by the cation complexation method. The ceramic specimens were consolidated by conventional sintering and by fast firing. All specimens prepared by solid state reaction show the characteristic orthorhombic phase of lanthanum gallate and SrLaGaO4, La4Ga2O9 and SrLaGa3O7 secondary phases, independent on the method of sintering. Energy dispersive X-ray spectroscopy coupled to scanning electron microscopy evidenced that all prepared specimens contain MgO grains precipitated along the grain boundaries. High relative densities were obtained for specimens prepared by solid state reaction and consolidated by conventional sintering at 1450 °C/4 h. All specimens exhibit micron sized grains independent on the sintering method. The highest values of relative density and ionic conductivity were obtained for specimens calcined at 1250°C.

<p>U ovom radu su sintetisani prahovi na bazi lantan-galata, citratnom sol-gel<br />metodom i hemijskom sintezom u parnoj fazi (CVS), a njihovim presovanjem<br />i sinterovanjem su dobijeni keramički uzorci kontrolisane mikrostrukture. Cilj<br />disertacije je bio dobijanje guste keramike koja bi mogla da se primeni kao<br />jonski provodni elektrolit u gorivnim ćelijama sa čvrstim elektrolitom (SOFC),<br />a koje bi radile na srednjim temperaturama od 500&ndash;700 &deg;C (IT-SOFC). Po prvi<br />put su sintetisani nanoprahovi lantan-galata u gasnoj fazi i utvrđeno je da ovako<br />dobijeni polazni prahovi, zbog svojih superiornih karakteristika omogućavaju<br />snižavanje temperature sinterovanja za 150 &deg;C, &scaron;to je veoma povoljno kako sa<br />stanovi&scaron;ta dizajniranja mikrostrukture, tako i zbog u&scaron;tede energije u procesu<br />proizvodnje gorivnih ćelija. Ipak, zbog nedovoljne kontrole hemijskog sastava<br />i stehiometrije sintetisanih prahova, &scaron;to je i najveći nedostatak CVS metode<br />dobijanja perovskitnog LaGaO₃, nije bilo moguće dobiti keramiku koja bi ispunjavala zahteve za primenu u SOFC. S druge strane, citratna sol-gel metoda<br />pruža veliku kontrolu pomenutih parametara zbog čega je bila moguća sinteza<br />čitavog niza čvrstih rastvora lantan-galata. Ovom metodom su tako sintetisani<br />čist lantan-galat (LG) i dopirani prahovi kod kojih je deo lantana supstituisan<br />stroncijumom, a deo galijuma magnezijumom: La_0,85Sr_0,15Ga_0,85Mg_0,15O_3-<br />La_1-xSr_xGa_0,8Mg_0,2O_3-, gde je x = 0,10, 0,15 ili 0,20 (LSGM). Svi ovako sintetisani</p><p>prahovi su zahtevali naknadnu kalcinaciju na 900 &deg;C, ali su potrebne<br />gustine (&gt;95% teorijske gustine) postignute sinterovanjem na temperaturi<br />od 1450 &deg;C već nakon 2 h, &scaron;to je izuzetno kratko imajući u vidu literaturne<br />podatke. Takođe, sinterovani uzorci su po faznom sastavu bili čista LSGM<br />keramika, a impedansna merenja su pokazala da je najveću provodljivost imao<br />uzorak La_0,85Sr_0,15Ga_0,8Mg_0,2O_3-. Ovaj sastav je dalje kori&scaron;ćen u cilju provere</p><p>mogućnosti za dodatno povećanje provodljivosti te su pripremljeni i uzorci kod kojih je izvr&scaron;ena parcijalna supstitucija magnezijuma sa niklom ili kobaltom:<br />La_0,85Sr_0,15Ga_0,8Mg_0,2-yMyO_3-, gde je M = Ni ili Co, a y = 0,03 ili 0,05 (LSGMN i</p><p>LSGMC). Pokazano je da dodatak male količine prelaznih metala značajno utiče<br />na mehanizam provođenja, ali da je na vi&scaron;im temperaturama jonska provodljivost<br />i dalje dominantna. Konstatovano je da se dodavanjem male količine Ni ili Co u<br />LSGM mogu dobiti materijali koji bi služili kao elektroliti u IT-SOFC, pri čemu je<br />potencijal nikla kao dopanta ne&scaron;to veći nego kobalta.</p> / <p>Powders based on lanthanum-gallate have been synthesised in this work by using citrate sol-gel method in the liquid phase and by chemical vapour synthesis (CVS). As-synthesised powders were calcined, pressed and finally sintered in order to produce ceramic samples with controlled microstructure. The main goal of this dissertation has been obtaining of dense ceramics for application in ion conducting electrolyte for solid oxide fuel cells working at 500&ndash;700 &deg;C (IT-SOFC). Lanthanum-gallate nanopowders have been synthesised in the gas phase for the first time and it has been determined that these starting powders posses superior properties which could lower down the sintering temperature for about 150 &deg;C. This is very significant considering microstructure design, but also high energy consumption during the manufacturing process of fuel cells. However, it has not been possible to obtain ceramics with exact properties needed for SOFC application using CVS due to the lack of control of chemical composition and stoichiometry of the as-synthesised powders, which are the main drawbacks of this method. On the other hand, citrate sol-gel method offered a possibility to precisely control aforementioned parameters which enabled synthesis of a whole range of lanthanum-gallate sollid solutions. So, pure perovskite lanthanum-gallate (LG) has been synthesised by using this liquid phase method, but also doped powders where part of lanthanum and gallium was supstituted with strontium and magnesium, respectively: La_0,85Sr_0,15Ga_0,85Mg_0,15O_3-and La_1-xSr_xGa_0,8Mg_0,2O_3-, where x = 0.10, 0.15 or 0.20 (LSGM). Calcination at 900 &deg;C was necessary step during the processing of these sol-gel powders but the sintering time at 1450 &deg;C was only 2 h which is quite short in comparison with available literature data. Additionaly, the sintered samples were phase pure LSGM ceramics and impedance measurement showed that the highest conductivity had sample La_0,85Sr_0,15Ga_0,8Mg_0,2O_3-. Accordingly, this composition has been used to check the possibility of further improvement of conductivity. A set of new samples has been prepared where one part of magnesium has been substituted with nickel or cobalt: La_0,85Sr_0,15Ga_0,8Mg_0,2-yMyO_3-, where M = Ni or Co and y = 0.03 or 0.05 (LSGMN i LSGMC). It has been shown that addition of small amount of transition metals significantly influences conduction mechanism, but at higher temperatures the ionic conductivity is still dominant. It has been found that electrolyte materials for IT-SOFCs could be obtained by incorporation of small quantities of Ni or Co into LSGM and that nickel is more promissing for this purpose than cobalt.</p>