Method Article

التحقيق ورسم الخرائط أسطح الكهربائي في خلايا الوقود الصلبة أكسيد

DOI:

10.3791/50161

⸱

September 20th, 2012

 ,  ,  ,  , 
1Center for Innovative Fuel Cells and Battery Technologies, School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology , 2School of Chemistry and Biochemistry, Georgia Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم منصة فريدة لوصف السطوح الصلبة في القطب أكسيد خلايا الوقود (SOFCs) التي تسمح الأداء المتزامن لتقنيات توصيف متعددة ( على سبيل المثال في الموقع رامان الطيفي والمجهر التحقيق جنبا إلى جنب مع القياسات الكهروكيميائية). قد المعلومات التكميلية من هذه التحليلات تساعد على التقدم نحو فهم أكثر عمقا للتفاعل القطب وآليات تدهور، وتوفير نظرة ثاقبة التصميم الرشيد للمواد أفضل لSOFCs.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

خلايا الوقود الصلبة أكسيد (SOFCs) يمكن أن تكون الحل الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة لاستخدام مجموعة واسعة من أنواع الوقود خارج الهيدروجين 1-7. وتقتصر على أداء SOFCs ومعدلات العمليات الكيميائية وتحويل الطاقة في تخزين الطاقة وأجهزة التحويل في المقام الأول من قبل المسؤول العام والشامل على طول الأسطح نقل الكهربائي وعبر الواجهات. وللأسف، فإن فهم الآلية من هذه العمليات لا يزال غير موجود، وذلك بسبب صعوبة وصفها لهذه العمليات تحت ظروف في الموقع. هذه الفجوة المعرفية هي العقبة الرئيسية لتسويق SOFC. تطوير أدوات لبحث ورسم الخرائط ذات الصلة كيمياء السطح إلى ردود فعل الكهربائي أمر حيوي لكشف آليات العمليات السطحية والتصميم لتحقيق الرشيد للمواد القطب جديدة لتخزين الطاقة أكثر كفاءة وتحويل 2. بين عدد قليل نسبيا في الموقع </ م> أساليب التحليل السطحي، يمكن إجراء رامان الطيفي حتى مع ارتفاع درجات الحرارة وأجواء قاسية، مما يجعلها مثالية لوصف العمليات الكيميائية ذات الصلة لأداء الأنود SOFC وتدهور 8-12. ويمكن أيضا أن تستخدم جنبا إلى جنب مع القياسات الكهروكيميائية، مما يسمح يحتمل علاقة مباشرة من على السطح الكيمياء الكهربائية في زنزانة التشغيل. والصحيح في الموقع القياسات رامان رسم الخرائط تكون مفيدة للدبوس مشيرا المهم آليات رد الفعل الأنود بسبب حساسيتها إلى الأنواع ذات الصلة، بما في ذلك تدهور الأداء من خلال ترسب الكربون الأنود 8، 10، 13، 14 ("الكوك") والتسمم الكبريت 11، (15) والطريقة التي التعديلات سطح درء هذا التدهور 16. العمل الحالي يوضح تقدما كبيرا نحو هذه القدرة. وبالإضافة إلى ذلك، عائلة المسح المجهري التحقيق (SPM) يوفر نهجا تقنيات خاصة لاستجواب الكهربائيةدي السطح مع قرار النانو. وإلى جانب التضاريس السطحية التي يتم جمعها بشكل روتيني من قبل AFM وSTM، ويمكن أيضا خصائص أخرى مثل الولايات الالكترونية المحلية، ونشر أيون معامل سطح المحتملة يتم التحقيق 17-22. في هذا العمل، واستخدمت القياسات الكهروكيميائية، رامان التحليل الطيفي، وSPM بالتزامن مع القطب منصة اختبار الرواية التي تتكون من القطب شبكة ني جزءا لا يتجزأ من المنحل بالكهرباء اليتريا-استقرت (YSZ) زركونيا. وقد تميزت الخلية اختبار الأداء والتحليل الطيفي مقاومة تحت الوقود تحتوي على H 2 S، وكان يستخدم رسم الخرائط لتوضيح مزيد من رامان طبيعة التسمم الكبريت. رامان في رصد الموقع كان يستخدم للتحقيق في تصرفات الكوك. وأخيرا، مجهر القوة الذرية (AFM) والكهربائي قوة المجهر (EFM) كانت تستخدم لتصور المزيد من ترسب الكربون على النانو. من هذا البحث، الذي ننشده لإنتاج صورة أكثر اكتمالا من الأنود SOFC.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تصنيع خلية شبكة الأنود YSZ جزءا لا يتجزأ من

  1. تزن خارج دفعتين من 0.2 غرام من مسحوق YSZ.
  2. 1 مسحوق ضغط YSZ دفعة في قالب اسطواني الفولاذ المقاوم للصدأ (13 مليمتر في القطر) مع الصحافة وجاف ذو محورين عند ضغط من 50 ميجا باسكال لمدة 30 ثانية.
  3. قطع <1 سم، وقطعة من شبكة ني ووضعه على سطح القرص YSZ داخل القالب.
  4. إضافة أخرى 0.2 غرام من مسحوق YSZ على رأس شبكة ني داخل القالب وتتسطح سطح مسحوق باستخدام ذاكرة ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تحليل الكبريت التسمم

هو مبين في الشكل 4 هي نموذجية الرابع وIP المنحنيات من خلية مع ني القطب شبكة تحت H 2 وحالة 20 صفحة في الدقيقة H 2 S. ومن الواضح أن إدخال جزء في المليون فقط حتى عدد قليل من H 2 S تسميم الأنود ني YSZ كبيرة وتسبب تدهور الأداء.

ومن أجل مزيد من الكثافة فهم سلوك التسمم من الأنود ني YSZ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تحليل الكبريت التسمم

أطياف مقاومة هو مبين في الشكل (5) تشير إلى أن التسمم الكبريت هو السطح أو ظاهرة بينية بدلا من أن يؤثر على الجزء الأكبر من هذه المادة. على وجه التحديد، قد تسمم سريعة من القطب شبكة ني (الشكل 6) تنجم عن التعرض المباشر للقطب ني للغاز الوقود واللاحقة امتصاص الكبريت؛ نشرها الغاز لن يحد من معدل هذه العملية بقدر ما في حالة وجود سميكة يسهل اختراقها ني / YSZ الأنود. وكثف ا.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأيد هذا العمل من قبل المركز HeteroFoaM، والبحوث الحدودي مركز الطاقة الذي تموله وزارة الطاقة الأميركية، مكتب العلوم ومكتب علوم الطاقة الأساسية (BES) تحت رقم جائزة DE-SC0001061.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
اسم الكاشف / المواد شركة كتالوج رقم تعليقات
شبكة النيكل الفا Aesar CAS: 7440-02-0
احباط ني الفا Aesar CAS: 7440-02-0
YSZ مسحوق TOSOH الكثير لا: S800888B
AG معجون هيراوس C8710
الباريوم أكسيد سيغما الدريخ 1304-28-5
الفضة الأسلاك الفا Aesar 7440-22-4
الأسيتون VWR 67-64-1
الإيثانول الفا Aesar 64-17-5
UHP H 2 Airgas نقاء 99.999٪
100 جزء في المليون H 2 S / H 2 Airgas شهادة مخصصة مزيج
ن من نوع سي AFM تلميح MikroMasch NSC16 10 نانومتر نصف قطرها تلميح
الاتحاد الافريقي المغلفة تلميح AFM MikroMasch CSC11/Au/Cr 20-30 نانومتر نصف قطرها تلميح
رامان مطياف Renishaw RM1000
ع ايون الليزر ModuLaser StellarPro 150
HE-ني الليزر Thorlabs HPL170
مجهر القوة الذرية Veeco Nanoscope IIIA
تنتقل المرحلة رامان العلمية قبل H101RNSW
مجهر الضوئي لايكا DMLM
المجهر الإلكتروني LEO 1550
أنبوب فرن اختبار النظم التطبيقية 2110
صقالة منتجات عالية التقنية الحليفة MetPrep
6 ميكرومتر طحن وسائل الإعلام منتجات عالية التقنية الحليفة 50-50040M
3 وسائل الاعلام تلميع ميكرومتر منتجات عالية التقنية الحليفة 90-30020
1 الإعلام تلميع ميكرومتر منتجات عالية التقنية الحليفة 90-30015
0،1 ميكرومتر وسائل الإعلام تلميع منتجات عالية التقنية الحليفة 90-32000
رامان غرفة Harrick العلمية HTRC

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Minh, N. Q. Solid oxide fuel cell technology-features and applications. Solid State Ionics. 174 (1-4), 271(2004).
  2. Liu, M., Lynch, M. E., Blinn, K., Alamgir, F., Choi, Y. Rational SOFC material design: new advances and tools. Materials today. 14 (11), 534(2011).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Solid Oxide Fuel CellsRaman SpectroscopyScanning Probe MicroscopyElectrochemical PerformanceSulfur PoisoningCarbon DepositionAtomic Force MicroscopyElectrostatic Force MicroscopyIn Situ AnalysisElectrode Surface Mapping

Related Articles