I. Giới thiệu về vật liệu 5Sr0
Vật liệu 5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCF-5582) là một trong những vật liệu perovskite có tiềm năng ứng dụng cao trong lĩnh vực pin nhiên liệu oxit rắn (SOFCs). Vật liệu này có cấu trúc ổn định và khả năng hoạt động tốt ở nhiệt độ cao, giúp tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Nghiên cứu cho thấy rằng BSCF-5582 có tính chất xúc tác mạnh mẽ, đặc biệt là trong các phản ứng oxy hóa, giúp tăng cường độ chọn lọc của vật liệu đối với hỗn hợp khí CH4 và O2. Theo kết quả nghiên cứu, kích thước hạt của BSCF-5582 có thể được kiểm soát thông qua các điều kiện tổng hợp khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của vật liệu.
1.1. Tính chất hóa học của vật liệu
Vật liệu BSCF-5582 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa, cho phép tạo ra các hạt nano có kích thước đồng đều. Các phương pháp phân tích như XRD, TGA/DSC và SEM đã được sử dụng để xác định các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu. Kết quả cho thấy rằng vật liệu có cấu trúc đơn pha và ổn định ở nhiệt độ cao. Đặc biệt, phân tích TGA cho thấy BSCF-5582 có khả năng chịu nhiệt tốt, với sự mất mát khối lượng thấp ở nhiệt độ cao, điều này rất quan trọng cho ứng dụng trong pin nhiên liệu. Điều này chứng tỏ rằng BSCF-5582 có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng làm catot cho SOFCs.
II. Phương pháp đồng kết tủa
Phương pháp đồng kết tủa được sử dụng để tổng hợp vật liệu BSCF-5582 là một kỹ thuật đơn giản và hiệu quả. Quá trình này bao gồm việc hòa tan các tiền chất trong dung dịch và điều chỉnh pH để tạo ra kết tủa. Nghiên cứu cho thấy rằng pH tối ưu cho quá trình kết tủa là 3, với tỉ lệ M (M+/Oxalate) là 1:1.2. Sau khi kết tủa, bột được sấy khô và nung ở nhiệt độ 900°C trong 4 giờ. Kết quả cho thấy rằng điều kiện này giúp tạo ra vật liệu với kích thước hạt khoảng 100 nm và đồng đều. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, đồng thời cho phép kiểm soát tốt các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu.
2.1. Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp
Quá trình tối ưu hóa điều kiện tổng hợp vật liệu BSCF-5582 rất quan trọng để đạt được các tính chất mong muốn. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như pH, nhiệt độ nung và thời gian nung đến quá trình tổng hợp. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh pH có ảnh hưởng lớn đến kích thước và hình dạng của hạt. Nhiệt độ nung cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc tinh thể của vật liệu. Các nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quá trình tổng hợp mà còn mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất vật liệu với tính chất tối ưu cho ứng dụng trong pin nhiên liệu.
III. Đánh giá độ chọn lọc của vật liệu
Đánh giá độ chọn lọc của vật liệu BSCF-5582 khi sử dụng làm catot trong pin SOFCs là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Các thí nghiệm được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khí CH4:O2 và nhiệt độ hoạt động đến độ chuyển hóa của CH4. Kết quả cho thấy rằng độ chuyển hóa của CH4 đạt mức tối ưu ở tỉ lệ Rmix = 2 và nhiệt độ từ 700 đến 750°C. Điều này cho thấy vật liệu BSCF-5582 có khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện thực tế, mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống pin nhiên liệu.
3.1. Kết quả khảo sát độ chọn lọc
Các kết quả khảo sát cho thấy rằng BSCF-5582 có độ chọn lọc cao đối với hỗn hợp khí CH4 và O2. Đặc biệt, tại nhiệt độ 650°C, công suất năng lượng đạt được là 159,9 mW/cm2, cho thấy khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả của vật liệu trong các ứng dụng thực tế. Điều này khẳng định rằng việc sử dụng BSCF-5582 làm catot trong pin SOFCs không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến độ bền và tuổi thọ của pin.
