Celle ad Ossidi Solidi per Elettrolisi ad Alta Temperatura

Lo scopo di questa tesi è stato la produzione di un elettrolizzatore ad ossidi solidi (SOEC) mediante tecniche economiche e facilmente industrializzabili. Fondamentale a questo scopo è stata la realizzazione di una semicella costituita da un anodo poroso a base di La0.8Sr0.2MnO3-Ce0.8Gd0.2O2-δ (LSM-GDC) ed un elettrolita denso a base di Ce0.8Gd0.2O2-δ (GDC). Le tecniche utilizzate per la produzione di questo sistema sono state il colaggio su nastro e la serigrafia. Anche se generalmente, le celle SOEC vengono prodotte catodo supportate, in questo studio, l’elemento supportante scelto è stato l’anodo poiché questo garantisce una migliore stabilità meccanica all’intera cella. Tale substrato è stato ottenuto mediante colaggio su nastro accoppiato con un metodo innovativo di sinterizzazione denominato sinterizzazione reattiva, processo che prevede la formazione della fase di interesse durante un unico trattamento termico di eliminazione degli additivi organici e consolidamento del manufatto finale. La membrana elettrolitica per l’ottenimento del bilayer anodo-elettrolita, è stata prodotta mediante sia serigrafia che colaggio su nastro. L’accurato studio dell’evoluzione di fase della polvere anodica, l’ottimizzazione della sospensione per colaggio su nastro e dei trattamenti termici hanno permesso l’ottenimento di anodi (fino a dimensioni di 10x10 cm2). Lo studio dei profili di sinterizzazione delle polveri anodica ed elettrolitica e dell’influenza della tecnica di formatura sulla sinterabilità dei layer elettrolitici prodotti hanno inoltre permesso l’ottenimento di una semicella planare costituita da un elettrodo poroso ed una membrana elettrolitica densa adatte per applicazioni SOEC.

Spin-strain coupling in a 3-D transition metal oxides

ab-initio Hartree Fock (HF), density functional theory (DFT) and hybrid potentials were employed to compute the optimized lattice parameters and elastic properties of perovskite 3-d transition metal oxides. The optimized lattice parameters and elastic properties are interdependent in these materials. An interaction is observed between the electronic charge, spin and lattice degrees of freedom in 3-d transition metal oxides. The coupling between the electronic charge, spin and lattice structures originates due to localization of d-atomic orbitals. The coupling between the electronic charge, spin and crystalline lattice also contributes in the ferroelectric and ferromagnetic properties in perovskites. The cubic and tetragonal crystalline structures of perovskite transition metal oxides of ABO3 are studied. The electronic structure and the physics of 3-d perovskite materials is complex and less well considered. Moreover, the novelty of the electronic structure and properties of these perovskites transition metal oxides exceeds the challenge offered by their complex crystalline structures. To achieve the objective of understanding the structure and property relationship of these materials the first-principle computational method is employed. CRYSTAL09 code is employed for computing crystalline structure, elastic, ferromagnetic and other electronic properties. Second-order elastic constants (SOEC) and bulk moduli (B) are computed in an automated process by employing ELASTCON (elastic constants) and EOS (equation of state) programs in CRYSTAL09 code. ELASTCON, EOS and other computational algorithms are utilized to determine the elastic properties of tetragonal BaTiO3, rutile TiO2, cubic and tetragonal BaFeO3 and the ferromagentic properties of 3-d transition metal oxides. Multiple methods are employed to crosscheck the consistency of our computational results. Computational results have motivated us to explore the ferromagnetic properties of 3-d transition metal oxides. Billyscript and CRYSTAL09 code are employed to compute the optimized geometry of the cubic and tetragonal crystalline structure of transition metal oxides of Sc to Cu. Cubic crystalline structure is initially chosen to determine the effect of lattice strains on ferromagnetism due to the spin angular momentum of an electron. The 3-d transition metals and their oxides are challenging as the basis functions and potentials are not fully developed to address the complex physics of the transition metals. Moreover, perovskite crystalline structures are extremely challenging with respect to the quality of computations as the latter requires the well established methods. Ferroelectric and ferromagnetic properties of bulk, surfaces and interfaces are explored by employing CRYSTAL09 code. In our computations done on cubic TMOs of Sc-Fe it is observed that there is a coupling between the crystalline structure and FM/AFM spin polarization. Strained crystalline structures of 3-d transition metal oxides are subjected to changes in the electromagnetic and electronic properties. The electronic structure and properties of bulk, composites, surfaces of 3-d transition metal oxides are computed successfully.