Atomic layer deposition of thin-film ceramic electrolytes for high-performance fuel cells

Journal of Materials Chemistry A

Volumn 1, Issue 41, 2013, Pages 12695-12705

  Shim, Joon Hyung ^a   Kang, Sangkyun ^b   Cha, Suk Won ^c   Lee, Wonyoung ^d   Kim, Young Beom ^e   Park, Joong Sun ^f   Gür, Turgut M ^g   Prinz, Fritz B ^g   Chao, Cheng Chieh ^g   An, Jihwan ^g  

^a Korea University   (South Korea)

^b Hanchang Ind Co Ltd   (South Korea)

^c Seoul National University   (South Korea)

^d Sungkyunkwan University   (South Korea)

^e Hanyang University   (South Korea)

^f LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^g Stanford University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CERAMIC ELECTROLYTES; COMPOSITIONALLY GRADED STRUCTURE; COMPREHENSIVE ANALYSIS; ELECTROCHEMICAL CHARACTERIZATIONS; FUEL CELL PERFORMANCE; PROTON CONDUCTING CERAMIC; SURFACE TERMINATION; THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE;

CERAMIC MATERIALS; CERAMIC MEMBRANES; CHEMICAL ANALYSIS; DEPOSITION; ELECTROLYTES; GAS FUEL PURIFICATION; SURFACE REACTIONS;

ATOMIC LAYER DEPOSITION;

EID: 84885163469     PISSN: 20507488     EISSN: 20507496     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3ta11399j     Document Type: Article

References (137)

1. B. C. H. Steele Solid State Ionics 1995 75 157
2. S. M. Haile P. M. Calkins D. Boysen Solid State Ionics 1997 97 145
3. S. M. Haile Acta Mater. 2003 51 5981
4. K. D. Kreuer Annu. Rev. Mater. Res. 2003 33 333
5. B. Lakshmanan W. Huang D. Olmeijer J. W. Weidner Electrochem. Solid-State Lett. 2003 6 A282
6. Y. Ma J. S. Wainright M. H. Litt R. F. Savinell J. Electrochem. Soc. 2004 151 A8
7. K. D. Kreuer S. J. Paddison E. Spohr M. Schuster Chem. Rev. 2004 104 4637
8. H. Shigeoka J. Otomo C. Wen M. Ogura H. Takahashi J. Electrochem. Soc. 2004 151 J76
9. T. Suntola Mater. Sci. Rep. 1989 4 261
10. T. Suntola Thin Solid Films 1992 216 84
11. M. Leskelä M. Ritala J. Phys. IV 1995 5 C5 C937
12. L. Niinistö M. Ritala M. Leskelä Mater. Sci. Eng. 1996 23 B41
13. S. M. George A. Ott J. W. Klaus J. Phys. Chem. 1996 100 13121
14. M. Ritala M. Leskelä Nanotechnology 1999 10 19
15. M. Leskelä M. Ritala Thin Solid Films 2002 409 138
16. M. Leskelä M. Ritala Angew. Chem., Int. Ed. 2003 42 5548
17. H. Kim J. Vac. Sci. Technol., B: Microelectron. Nanometer Struct. - Process., Meas., Phenom. 2003 21 2231
18. L. Niinistö J. Paivasaari M. Putkonen M. Nieminen Phys. Status Solidi A 2004 201 14413
19. R. L. Puurunen J. Appl. Phys. 2005 97 121301
20. M. Knez K. Niesch L. Niinistö Adv. Mater. 2007 19 3425
21. H. Kim H. B. R. Lee W. J. Maeng Thin Solid Films 2009 517 2563
22. S. M. George Chem. Rev. 2010 110 111
23. M. Cassir A. Ringuedé L. Niinistö J. Mater. Chem. 2010 20 8987
24. Atomic Layer Deposition of Nanostructured Materials, ed., N. Pinna, and, M. Knez, Wiley-VCH, 2011
25. C. Marichy M. Bechelany N. Pinna Adv. Mater. 2012 24 1017
26. B. Hoex S. B. S. Heil E. Langereis M. C. M. van de Sanden W. M. M. Kessels Appl. Phys. Lett. 2006 89 042112
27. M. Law L. E. Greene A. Radenovic T. Kuykendall J. Liphardt P. Yang J. Phys. Chem. B 2006 110 22652
28. A. B. F. Martinson J. W. Elam J. T. Hupp M. J. Pellin Nano Lett. 2007 7 2183
29. A. Pourret P. Guyot-Sionnest J. W. Elam Adv. Mater. 2008 20 1 4
30. A. B. F. Martinson J. W. Elam J. Liu M. J. Pellin T. J. Marks J. T. Hupp Nano Lett. 2008 8 2862
31. T. W. Hamann A. B. F. Martinson J. W. Elam M. J. Pellin J. T. Hupp Adv. Mater. 2008 20 1560
32. S. D. Standridge G. C. Schatz J. T. Hupp J. Am. Chem. Soc. 2009 131 8407
33. C. Lin F. Y. Tsai M. H. Lee C. H. Lee T. C. Tien L. P. Wang S. Y. Tsai J. Mater. Chem. 2009 19 2999
34. W. Lee F. B. Prinz J. Electrochem. Soc. 2009 9 G125
35. N. P. Dasgupta W. Lee F. B. Prinz Chem. Mater. 2009 21 3973
36. K. Park Q. Zhang B. B. Garcia X. Zhou Y.-H. Jeong G. Cao Adv. Mater. 2010 22 2329
37. T. R. B. Foong Y. Shen X. Hu A. Sellinger Adv. Funct. Mater. 2010 20 1390
38. P. Poodt V. Tiba F. Werner J. Schmidt A. Vermeer F. Roozeboom J. Electrochem. Soc. 2011 158 H937
39. B. Vermang A. Rothschild A. Racz J. John J. Poortmans R. Mertens P. Poodt V. Tiba F. Roozeboom Prog. Photovoltaics 2011 19 733
40. J. W. Elam N. P. Dasgupta F. B. Prinz MRS Bull. 2011 36 899
41. P. Sinsermsuksakul J. Heo W. Noh A. S. Hock R. G. Gordon Adv. Energy Mater. 2011 1 1116
42. N. P. Dasgupta H. J. Jung O. Trejo M. T. McDowell A. Hryciw M. Brongersma R. Sinclair F. B. Prinz Nano Lett. 2011 11 934
43. E. Gourba A. Ringuedé M. Cassir A. Billard J. Päiväsaari J. Niinistö M. Putkonen L. Niinistö Ionics 2003 9 15 20
44. J. H. Shim C.-C. Chao H. Huang F. B. Prinz Chem. Mater. 2007 19 3850
45. C. Brahim A. Ringuedé M. Cassir M. Putkonen L. Niinistö Appl. Surf. Sci. 2007 253 3962
46. X. Jiang H. Huang F. B. Prinz S. F. Bent Chem. Mater. 2008 20 3897
47. J. S. King A. Wittstock J. Biener S. O. Kucheyev Y. M. Wang T. F. Baumann S. K. Giri A. V. Hamza M. Baeumer S. F. Bent Nano Lett. 2008 8 2405
48. P.-C. Su C.-C. Chao J. H. Shim R. Fasching F. B. Prinz Nano Lett. 2008 8 2289
49. T. P. Holme C. Lee F. B. Prinz Solid State Ionics 2008 179 1540
50. S. T. Christensen J. W. Elam F. A. Rabuffetti Q. Ma S. J. Weigand B. Lee S. Seifert P. C. Stair K. R. Poeppelmeier M. C. Hersam M. J. Bedzyk Small 2009 5 750
51. C.-C. Chao Y. B. Kim F. B. Prinz Nano Lett. 2009 9 3626
52. J. H. Shim J. S. Park J. An T. M. Gür S. Kang F. B. Prinz Chem. Mater. 2009 21 3290
53. C. Liu C.-C. Wang C.-C. Kei Y.-C. Hsueh T.-P. Perng Small 2009 5 1535
54. E. Ballee A. Ringuede M. Cassir M. Putkonen L. Niinisto Chem. Mater. 2009 21 4614
55. M. Cassir A. Ringuede L. Niinisto J. Mater. Chem. 2010 20 8987
56. S. T. Christensen H. Feng J. L. Libera N. Guo J. T. Miller P. C. Stair J. W. Elam Nano Lett. 2010 10 3047
57. J. S. Park Y. B. Kim J. H. Shim S. Kang T. M. Gür F. B. Prinz Chem. Mater. 2010 22 5366
58. Z. Fan F. B. Prinz J. Mater. Chem. 2011 21 10903
59. Z. Fan F. B. Prinz Nano Lett. 2011 11 2202
60. J. H. Shim X. Jiang S. F. Bent F. B. Prinz J. Electrochem. Soc. 2010 157 B793
61. C.-C. Chao C.-M. Hsu Y. Cui F. B. Prinz ACS Nano 2011 5 5692
62. C.-W. Kwon J.-W. Son J.-H. Lee H.-M. Kim H.-W. Lee K.-B. Kim Adv. Funct. Mater. 2011 21 1154
63. J. An Y. B. Kim J. S. Park J. H. Shim T. M. Gür F. B. Prinz J. Vac. Sci. Technol., A 2012 30 01A161
64. J. An Y. B. Kim H. J. Jung J. S. Park S. W. Cha T. M. Gür F. B. Prinz Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2012 13 7 1273
65. K. S. Son K. Bae J. W. Kim J. S. Ha J. H. Shim J. Vac. Sci. Technol., A 2013 31 01A107
66. C.-C. Chao J. S. Park X. Tian J. H. Shim T. M. Gür F. B. Prinz ACS Nano 2013 7 3 2186
67. S.-W. Kim T. H. Han J. Kim H. Gwon H.-S. Moon S.-W. Kang S. O. Kim K. Kang ACS Nano 2009 3 1085
68. P. Banerjee I. Perez L. Henn-Lecordier S. B. Lee G. W. Rubloff Nat. Nanotechnol. 2009 4 292
69. Y. S. Jung A. S. Cavanagh A. C. Dillon M. D. Groner S. M. George S. Lee J. Electrochem. Soc. 2010 157 1 A75
70. Y. S. Jung A. S. Cavanagh L. A. Riley S.-H. Kang A. C. Dillon M. D. Groner S. M. George S.-H. Lee Adv. Mater. 2010 22 2172
71. I. D. Scott Y. S. Jung A. S. Cavanagh Y. Yan A. C. Dillon S. M. George S.-H. Lee Nano Lett. 2011 11 414
72. M. E. Donders H. C. Knoops W. M. M. Kessels P. H. Notten ECS Trans. 2011 41 321
73. J. Hämäläinen J. Holopainen F. Munnik T. Hatanpää M. Heikkilä M. Ritala M. Leskelä J. Electrochem. Soc. 2012 159 3 A259
74. B. C. H. Steele A. Heinzel Nature 2001 414 345
75. J. B. Goodenough Annu. Rev. Mater. Res. 2003 33 91
76. N. Q. Minh Solid State Ionics 2004 174 271
77. V. V. Kharton F. M. B. Marques A. Atkinson Solid State Ionics 2004 174 135
78. J. A. Kilner Faraday Discuss. 2007 134 9
79. D. J. L. Brett A. Atkinson N. P. Brandon S. J. Skinner Chem. Soc. Rev. 2008 37 1568
80. H. L. Tuller Phys. Chem. Chem. Phys. 2009 11 3023
81. A. Orera P. R. Slater Chem. Mater. 2010 22 675
82. A. J. Jacobson Chem. Mater. 2010 22 660
83. L. Malavasi C. A. J. Fisher M. S. Islam Chem. Soc. Rev. 2010 39 4370
84. M. Feng J. B. Goodenough Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 1994 31 663
85. T. Ishihara H. Matsuda Y. Takita J. Am. Chem. Soc. 1994 116 3801
86. R. Doshi V. L. Richards J. D. Carter X. Wang M. Krumpelt J. Electrochem. Soc. 1999 146 1273
87. B. C. H. Steele Solid State Ionics 2000 129 95
88. C. Xia M. Liu Solid State Ionics 2001 144 249
89. C. Xia F. Chen M. Liu Electrochem. Solid-State Lett. 2001 4 A52
90. T. Matsui M. Inaba A. Mineshige Z. Ogumi Solid State Ionics 2005 176 647
91. J. S. Ahn S. Omar H. Yoon J. C. Nino E. D. Wachsman J. Power Sources 2010 195 2131
92. E. D. Wachsman K. T. Lee Science 2011 334 935
93. S. de Souza S. J. Visco L. C. De Jonghe Solid State Ionics 1997 98 57
94. H. Huang M. Nakamura P. C. Su R. Fasching Y. Saito F. B. Prinz J. Electrochem. Soc. 2007 154 B20
95. A. Evans A. Bieberle-Hütter J. L. M. Rupp L. J. Gauckler J. Power Sources 2009 194 119
96. M. Tsuchiya B. Lai S. Ramanathan Nat. Nanotechnol. 2011 6 282
97. N. Sata K. Eberman K. Eberl J. Maier Nature 2000 408 946
98. G. Knöner K. Reimann R. Röwer U. Södervall H.-E. Schaefer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003 100 3870
99. C. Kosacki P. Rouleau Becher J. Bentley D. Lowndes Electrochem. Solid-State Lett. 2004 7 12 A459
100. C. Kosacki P. Rouleau Becher J. Bentley D. Lowndes Solid State Ionics 2005 176 1319
101. H. Huang T. M. Gür Y. Saito F. Prinz Appl. Phys. Lett. 2006 89 143107
102. J. Garcia-Barriocanal A. Rivera-Calzada M. Varela Z. Sefrioui E. Iborra C. Leon S. J. Pennycook J. Santamaria Science 2009 324 465
103. H. Huang J. H. Shim C.-C. Chao R. Pornprasertsuk M. Sugawara T. M. Gur F. B. Prinz J. Electrochem. Soc. 2009 156 B392
104. M. Putkonen T. Sajavaara J. Niinistö L.-S. Johansson L. Niinistö J. Mater. Chem. 2002 12 442
105. T. R. Dietrich W. Ehrfeld M. Lacher M. Kramer B. Speit Microelectron. Eng. 1996 30 497
106. C. D. Baertsch K. F. Jensen J. L. Hertz H. L. Tuller S. T. Vengallatore S. M. Spearing M. A. Schmidt J. Mater. Res. 2004 19 2604
107. Y. Yamazaki Electrochim. Acta 2004 50 663
108. C. D. Baertsch K. F. Jensen J. L. Hertz H. L. Tuller S. T. Vengallatore S. M. Spearing M. A. Schmidt J. Mater. Res. 2004 19 2604
109. Y. Yamazaki Electrochim. Acta 2004 50 663
110. U. P. Muecke D. Beckel A. Bernard A. Bieberle-Hutter S. Graf A. Infortuna P. Müller J. L. M. Rupp J. Schneider L. J. Gauckler Adv. Funct. Mater. 2008 18 3158
111. S. Rey-Mermet P. Muralt Solid State Ionics 2008 179 1497
112. J. H. Joo G. M. Choi J. Power Sources 2008 182 589
113. J. H. Shim, Ph.D. Thesis, Stanford University, 2009
114. J. Crank, The Mathematics of Diffusion, Oxford Univ. Press, London, 1957
115. J. H. Shim J. S. Park T. P. Holme K. Crabb W. Lee Y. B. Kim X. Tian T. M. Gür F. B. Prinz Acta Mater. 2012 60 1
116. H. Uchida M. Yoshida M. Watanabe J. Electrochem. Soc. 1999 146 1 1
117. Y. Lei Y. Ito N. D. Browning T. J. Mazanec J. Am. Ceram. Soc. 2002 85 2359
118. G. S. A. M. Theunissen A. J. A. Winnubst A. J. Burggraaf J. Mater. Sci. 1992 27 5057
119. Y. Ikuhara P. Thavorniti T. Sakuma Acta Mater. 1997 45 5275
120. S. Stemmer J. Vleugels O. van der Biest J. Eur. Ceram. Soc. 1998 18 1565
121. L. Gremillard T. Epicier J. Chevalier G. Fantozzi Acta Mater. 2000 48 4647
122. H. Lee F. Prinz W. Cai Acta Mater. 2010 58 2197
123. J. Päiväsaari M. Putkonen L. Niinistö J. Mater. Chem. 2002 12 1828
124. N. Kuwata N. Sata T. Tsurui H. Yugami Jpn. J. Appl. Phys. 2005 44 8613
125. H. Iwahara H. Uchida K. Morimoto J. Electrochem. Soc. 1990 137 462
126. H. Iwahara T. Yajima T. Hibino K. Ozaki H. Suzuki Solid State Ionics 1993 61 65
127. M. Ijima N. Ito S. Matsumoto S. Iguchi Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2006 972 AA01
128. N. Ito M. Iijima K. Kimura S. Iguchi J. Power Sources 2005 152 200
129. P. Babilo S. M. Haile J. Am. Ceram. Soc. 2005 88 2362
130. K. H. Ryu S. M. Haile Solid State Ionics 1999 125 355
131. T. Schober H. G. Bohn Solid State Ionics 2000 127 351
132. A. Sin B. Montaser P. Odier F. Weiss J. Am. Ceram. Soc. 2002 85 1928
133. T. Hatanpää M. Vehkamäki I. Mutikainen J. Kansikas M. Ritala M. Leskelä Dalton Trans. 2004 1181
134. Z. Wang T. Yasuda S. Hatatani S. Oda Jpn. J. Appl. Phys. 1999 38 6817
135. M. Vehkamäki T. Hatanpaa T. Hanninen M. Ritala M. Leskela Electrochem. Solid-State Lett. 1999 2 504
136. M. Vehkamäki T. Hänninen M. Ritala M. Leskelä T. Sajavaara E. Rauhala J. Keinonen Chem. Vap. Deposition 2001 7 75
137. M. Vehkamäki T. Hatanpää M. Ritala M. Leskelä S. Väyrynen E. Rauhala Chem. Vap. Deposition 2007 13 239