Thin films growth by pulsed laser deposition for solid oxide fuel cell applications

摘要

La crescente domanda di sistemi miniaturizzati per la conversione e stoccaggio dell'energia ha spinto un'ampia ricerca finalizzata alla fabbricazione di dispositivi ionici a stato solido sotto forma di film sottile. Vale a dire, negli ultimi anni molti ricercatori stanno lavorando per realizzare le celle a combustibile Ossidi solidi in scala micrometrica (micro-SOFC). Le micro celle a ossidi solidi sono molto promettenti, in quanto una riduzione su scala micrometrica dello spessore dei componenti delle celle a combustibile (catodi, elettroliti e anodi) comporta un aumento considerevole delle prestazioni. Prestazioni più elevate del SOFCs consente di ridurre la temperatura di esercizio (circa 800-1000°C per SOFC convenzionali basate su zirconia stabilizzata con yttria (YSZ)) tali da consentire il loro uso come batterie per i dispositivi portatili. Dispositivi elettrochimici possono essere miniaturizzati per applicazioni portatili (μ-SOFC), utilizzando nuove tecniche di deposizione di film sottili. Una delle tecniche più promettenti è la Pulsed Laser Deposition (PLD). Questa tecnica è adatta a crescere ossidi complessi e eterostrutture con spessore complessivo di pochi nanometri. In questa tesi abbiamo utilizzato la tecnica PLD per la fabbricazione di componenti SOFC, come elettroliti e catodi. La qualità cristallina e la struttura morfologica dei film sottili sono state studiate con la diffrazione a raggi X (XRD) e con il Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM). In conclusione, le prestazioni dei componenti sono stati studiati con la Spetettroscopia di Impedenza ad alta e bassa pressione parziale di ossigeno nell’inervallo di temperature che vanno da 400°C a 800°C. udCapitolo 1 è incentrato sullo stato dell'arte delle tecnologie a film sottile in μ-SOFC. udCapitolo 2 spiega le tecniche utilizzate per la sintesi e la caratterizzazione elettrochimica di film sottili e di eterostrutture. udCapitolo 3 mostra le proprietà della Ceria drogata con Samario (SDC) sotto forma di film depositato su MgO (001). udCapitolo 4 illustra i meccanismi di conducibilità ionica all'interfaccia SDC/YSZ di film superreticoli depositati su MgO. udIl capitolo 5 mostra le prestazioni dei catodi nano-porosi confrontati a catodi densi.