Method Article

تطوير والتحقق من الحصول على الكروم لأنظمة الطاقة خلية الوقود أكسيد الصلبة

DOI:

10.3791/59623

⸱

May 26th, 2019

 ,  ,  , 
1Department of Materials Science and Engineering, University of Connecticut, 2Center for Clean Energy Engineering, University of Connecticut

In This Article

Summary

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

ولا يزال التسمم بالكاثود من الملوثات المحمولة جواً في مستويات النزر ة يشكل مصدر قلق كبير للاستقرار الطويل الأجل للنظم الكهروكيميائية ذات درجات الحرارة العالية. نحن نقدم طريقة جديدة للتخفيف من تدهور الكاثود باستخدام getters، التي تلتقط الملوثات المحمولة جوا في درجة حرارة عالية قبل دخول منطقة المكدس النشطة كهربائيا.

Abstract

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

ولا يزال تدهور الكاثود في خلايا وقود الأكسيد الصلب يشكل شاغلا رئيسيا لاستقرار الأداء على المدى الطويل والموثوقية التشغيلية. وقد أظهر وجود أنواع الكروم مرحلة الغاز في الهواء تدهور أداء الكاثود كبيرة خلال التعرض على المدى الطويل بسبب تشكيل مركب غير مرغوب فيه في الكاثود وواجهة الكهارل الذي يؤخر رد فعل الحد من الأكسجين ( ORR). لقد أظهرنا طريقة جديدة للتخفيف من تدهور الكاثود باستخدام ملقط الكروم الذي يلتقط أنواع الكروم مرحلة الغاز قبل أن يتم تناولها في غرفة الكاثود. المواد منخفضة التكلفة getter، توليفها من الأرض القلوية وأكاسيد المعادن الانتقالية، والمغلفة على الركيزة قرص العسل cordierite للتطبيق في أنظمة الطاقة SOFC. وقد تم فحص getters كما ملفقة من قبل اختبارات التنفس الكروم ل 500 ساعة في الغلاف الجوي الهواء المرطب في وجود بخار الكروم. وقد تم التحقق من صحة الجيترز المختارة باستخدام الاختبارات الكهروكيميائية. عادة، تم قياس الأداء الكهروكيميائي للSOFCs (اللانتانيوم السترونتيوم المنغنيز (LSM) وyttria استقرت الزركونيا (YSZ) - Pt) في 850 درجة مئوية في وجود وعدم وجود Cr getter. وفيما بالنسبة لاختبارات الخلايا التي تبلغ 100 ساعة والتي تحتوي على الجيتيرس، تم الحفاظ على الأداء الكهروكيميائي المستقر، في حين انخفض أداء الخلايا بسرعة في غياب الـ Cr getters في 10 ساعات. المقاومة في أول 10 ساعة من عملية الخلية. وقد أظهرت نتائج التوصيف من SOFCs ما بعد الاختبار وgetters كفاءة عالية من التقاط الكروم للتخفيف من تدهور الخلايا.

Introduction

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

يوفر نظام طاقة خلايا وقود أكسيد الصلب (SOFC)، وهو جهاز تحويل الطاقة الكهروكيميائية المباشر ذي درجة حرارة عالية، مسارًا صديقًا للبيئة لتوليد الكهرباء من مجموعة واسعة من أنواع الوقود الأحفوري والمتجدد. SOFC التكنولوجيا يجد تطبيقاتها في مناطق توليدالطاقة المركزية وكذلك موزعة 1. وتعتمد هذه التكنولوجيا على التحويل الكهروكيميائي للطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود إلى كهرباء. وتقدم العديد من المزايا من قبل SOFCs من حيث كفاءة الطاقة العالية، والحرارةعالية الجودة، وسهولة الوحدات، ولا أو آثار الكربون لا تذكر 2. يتم توصيل العديد من الخلايا SOFC الفردية في سلسلة أو أزياء موازية (وهي أكوام SOFC) للحصول على الجهد الناتج المطلوب. أكوام SOFC تتكون من مكونات مثل الكهارل الكثيفة، والأقطابالمسامية، والتوصيل البيني (IC) والأختام 3،4. يتم توصيل الأنود والكاثود من الخلايا المجاورة باستخدام IC، والتي لا تعمل فقط كفاصل لمنع أي خلط للمؤكسدة مع الوقود ولكن أيضا يوفر اتصال كهربائي بين الأنود المجاورة والكاثود5.

وقد أدت التحسينات على مدى عقود من البحث والتطوير في هندسة المواد إلى انخفاض في درجة حرارة التشغيل لSOFCs، مما مكن من استبدال مواد السيراميك مع سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ غير مكلفة لتصنيع مكونات الخلايا والأكوام النشطة كيميائياً والأنظمة الفرعية لتوازن النبات (BOP). وتستخدم الصلب غير القابل للصدأ الفيرتيك والأوستنيتي المتاحة تجاريا لتصنيع مكونات النظام بسبب انخفاض تكلفتها، ومعامل المتطابقة من التوسع الحراري (CTE) ومقاومة للأكسدة والتآكل في درجات حرارة التشغيل العالية 6.تشكيل Cr2O3 نوع مقياس أكسيد التخميل على سطح سبيكة بمثابة طبقة حاجز ضد الانتشار الداخلي للأكسجين من الهواء أو الانتشار الخارجي من الكاتيونات من سبائك السائبة7.

في وجود الهواء المرطب، Cr2O3 يخضع لتحويل كيميائي كبير مما يؤدي إلى تشكيل أنواع بخار الكروم رطب في درجات حرارة التشغيل SOFC. يتم نقل بخار الكروم الغازي في وقت لاحق من خلال تيار الهواء في الكاثود مما يؤدي إلى السطح وتفاعل مع مواد الكاثود. مثل هذه الكاثود تجارب كل من الزيادات ohmic وغير ohmic في الاستقطاب وتدهور الأداء الكهربائي. وقد تم توضيح تفاصيل آليات تدهور الكاثود في أماكن أخرى8و9و10.

الأساليب للدولة من بين الفن للحد من أو القضاء على عمليات تدهور الكاثود أعلاه تتكون عادة من تعديلات على كيمياء سبيكة، وتطبيق طلاء السطح واستخدام الكاثود الكروم متسامح11،12. على الرغم من أن هذه التقنيات قد أظهرت انخفاض تدهور الكاثود بسبب تفاعلات بخار Cr (وهي التسمم Cr) لفعالية قصيرة الأجل وطويلة الأجل لاستقرار الأداء لا يزال مصدر قلق، ويرجع ذلك أساسا إلى تكسير وspallation داخل طلاء وتداخل الموجبة.

لقد أظهرنا طريقة جديدة للتخفيف من مشكلة التسمم بالكروم عن طريق التقاط بخار الكروم الوارد قبل أن يتفاعل مع مواد الكاثود13. وقد تم تصنيع المجيترس من الأرض القلوية منخفضة التكلفة وأكاسيد المعادن الانتقالية باستخدام تقنيات معالجة السيراميك التقليدية. وتتمثل ميزة التكلفة لهذا النهج في استخدام المواد غير النبيلة وغير الاستراتيجية، فضلاً عن أساليب المعالجة التقليدية لتلفيق المنتصات للتخفيف من تدهور الكاثود الناجم عن الملوثات المحمولة جواً. وضع getter يمكن أن تكون مصممة لالتقاط بخار الكروم الناشئة عن مكونات BOP أو يمكن أيضا أن تكون مصممة لوضعها داخل مكونات المكدس النشطة كيميائيا14،15. هنا، نقدم طرق للتحقق من صحة جيترز الكروم باستخدام التناضح والاختبارات الكهروكيميائية. كما سيتم إثبات نتائج الإعداد التجريبي والتوصيف لإظهار فعالية getter وآليات التقاط Cr على getter في ظل ظروف التشغيل النموذجية SOFC.

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

Protocol

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

1. توليف من الكروم جيتر

  1. توليف مسحوق السلائف باستخدام الأرض القلوية وأملاح أكسيد المعادن الانتقالية عبر طريق التوليف المشترك التقليدي كما هو موضح في الشكل 116.
    1. إعداد محلول المخزون باستخدام 50.33 غرام من نتراتالسترونتيوم Sr (NO 3)2 و 43.97 غرام من نترات النيكل هيكساهيدرات ني (NO3)2.6H2O من أجل إعداد حلول 2.4 M في 100 مل من المياه منزوعة الأيونات.
    2. استخدام 9 مل من 2.4M ريال (NO 3)2 وإضافة مع 7 مل من 2.4 M الحل من ني (NO3)2.6H2O، تليها تحريك الحل المختلط والتدفئة تصل إلى 80 درجة مئوية.
    3. إضافة 30 مل من 5 M NH4OH لزيادة درجة الحموضة إلى 8.5 لهطول الأمطار، ثم، وتجفيف الحل في فرن جاف وضمان أن جميع المياه تتبخر حتى لوحظ مجمع شمعي الأزرق. شطف المسحوق في المياه DI لضمان إزالة نترات الأمونيوم المتبقية عن طريق الترشيح. وأخيرا، تجف المسحوق في 120 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
      ملاحظة: هذا سوف تنتج مسحوق السلائف لأكسيد النيكل السترونتيوم (SNO) getter.
  2. إذابة المسحوق في الماء لإعداد الطين.
  3. تزج الركيزة cordierite في الطين لتراجع الطلاء، تليها التجفيف في الهواء في ~ 120 درجة مئوية لمدة 2 ساعة على الأقل مع معدل منحدر من 5 درجة مئوية.
  4. Calcine الركيزة في الهواء في درجة حرارة 650 درجة مئوية لمدة 12 ساعة مع معدل منحدر من 5 درجة مئوية لإنتاج SNO getter.

2. فحص جيتر الكروم باستخدام اختبار التناضح Cr

  1. إعداد تجربة بعد التوضيح من الشكل 2أ للتحقق من صحة getters Cr.
    1. وضع 2 غرام من أكسيد الكروم متكلس بيليه (1200 درجة مئوية، 2 ح) كمصدر الكروم في أنبوب الكوارتز.
      ملاحظة: تم تصميم أنبوب الكوارتز خصيصا مع الناشر داخل (كما هو موضح في الشكل2) لمنع أي انتشار الظهر من بخار الكروم أثناء العملية. أبعاد خرطوشة getter ملفقة تطابق القطر الداخلي لأنبوب الكوارتز. يتم وضع خرطوشة Getter بين مصدر الكروم والكوع منفذ (هو مبين في الشكل2).
    2. تدفق الهواء المضغوط بمعدل تدفق 300 سم مكعب من خلال وحدة تحكم تدفق الكتلة (MFC). فقاعة الهواء في المياه درجة حرارة الغرفة للتأكد من أن الرطوبة هي 3٪ H2O. هذا الهواء المرطب يمر من خلال الكريات الكرومية، تبخر بخار الكروم والتدفق من خلال getter.
      ملاحظة: يتم وضع المبرد والمكثف في منفذ إعداد التناضح لتمكين تكثيف بخار الكروم الذي يحتوي على الرواسب في الكوع منفذ (في منطقة درجة الحرارة المنخفضة).
    3. ضع زجاجات غسيل إضافية قبل تنفيس الغاز في المخرج لضمان التقاط الكروم المتبخر.
    4. بعد الانتهاء من الإعداد، وتطهير الأنبوب مع الهواء لمدة ساعة واحدة على الأقل لضمان عدم وجود تسرب أو الملوثات.
    5. بدء الفرن لتسخين ما يصل إلى درجة الحرارة المطلوبة (على سبيل المثال، 850 درجة مئوية في هذه الحالة) وعقد هناك لمدة 500 ساعة.
    6. رصد تغيير لون الكوع منفذ وسجل لأي تغير اللون بسبب مركبات الكروم المودعة.
    7. خفض درجة حرارة الفرن مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة (RT) بعد الانتهاء من الاختبار. إيقاف تدفق الهواء حتى تصل درجة حرارة الفرن RT.
    8. إزالة عينة getter للتحليلات ما بعد الاختبار والتوصيف.
  2. التحليل الكمي لأنواع الكروم عن طريق التحليل الطيفي الكتلي للبلازما المقترن بجنبه بصورة غير نشطة (ICP-MS)
    ملاحظة: إعداد عينة برنامج المقارنات الدولية -MS من اختبار التنفس بعد Cr17.
    1. غسل الكروم المودعة من الكوع الزجاجي، المكثف، وغسل زجاجات وأنابيب الكوارتز باستخدام حمض النيتريك 20٪ لاستخراج الكروم بعد إجراء اختبار التنفس لمدة 500 ساعة.
    2. استخراج الكروم المودعة عن طريق حله في حمض النيتريك 20٪ (HNO3)لمدة 12 ساعة.
    3. كذلك إزالة أي أنواع الكروم غير المذاب ة من الجدار الزجاجي عن طريق الانحلال في محلول برمنغنات البوتاسيوم القلوي عند التدفئة عند 80 درجة مئوية.
      ملاحظة: تحويل أي نوع جزئي غير متفاعل مع Cr3+ إلى نوعCr 6+ في هذه الخطوة.
    4. تحليل المياه DI وحمض النيتريك عينة فارغة من قبل برنامج المقارنات الدولية-MS.
    5. قسمة كل عينة إلى ثلاثة أجزاء لتحليل برنامج المقارنات الدولية -MS والإبلاغ عن متوسط القيمة.

3. التحقق من صحة الكهروكيميائية من جيتر الكروم باستخدام خلايا SOFC مع وبدون getter

  1. تصنيع الخلايا والاختبارات الكهروكيميائية في العمل من الـ Cr getters18,19
    1. تصنيع SOFCs عن طريق طباعة الشاشة لصق LSM على سطح YSZ بالكهرباء (الشكل3أ).
    2. تلمع حبر LSM المطبق عند 1200 درجة مئوية لمدة 2 ساعة، مع تسخينه بمعدل منحدر يبلغ 3 درجة مئوية/دقيقة.
    3. استخدام القطب Pt كما الأنود. إرفاق Pt على القرص YSZ (الجانب الأنود) كقطب كهربائي مرجعي، وإرفاق الشاش Pt وأسلاك حزب العمال إلى YSZ القرص الكهربائي باستخدام الحبر Pt ومن ثم علاج SOFC في 850 درجة مئوية لمدة 2 ساعة بمعدل منحدر من 3 درجة مئوية / دقيقة.
    4. إجراء ثلاث تجارب متميزة باستخدام ثلاثة SOFCs متطابقة (وهي الخلية أ، ب، ج) للتحقق من فعالية getters وإظهار التسمم الكروم دون getter.
      ملاحظة: تأكد من استخدام شروط الاختبار المتطابقة لمحاكاة ظروف التشغيل الاسمية SOFC من 850 درجة مئوية والحفاظ على الهواء الأنود (الجافة) لجميع الاختبارات في 150 sccm.
    5. تجميع الخلية-أ في مفاعل أنبوب في غياب مصدر الكروم باستخدام لصق لختم. تسخين الفرن مع معدل منحدر من 5 درجة مئوية / دقيقة تصل إلى درجة حرارة مصممة (على سبيل المثال: 850 درجة مئوية في هذه الدراسة). ثم، تدفق 3٪ H2س / الهواء (على سبيل المثال 300-500 سم مكعب) إلى الكاثود LSM.
    6. قياس الأداء الكهروكيميائي لـ SOFC باستخدامpotentiostat متعدد القنوات 9.
    7. تسجيل الخلية الحالية كل دقيقة مع التحيز من 0.5 V المطبقة بين الكاثود والقطب المرجعي.
    8. إجراء تحليلات مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS) بين الكاثود والقطب المرجعي باستخدام ثلاثة وضع قطب كهربائي في نطاق التردد من 0.5 هرتز إلى 200 كيلوهرتز مع سعة الجيوب الأنفية 10 مل فولت في فاصل زمني قدره 1 ساعة. بعد اختبار لمدة 100 ساعة، قم بتبريد الفرن إلى درجة حرارة الغرفة واتخاذ الخلية-أ لتوصيف.
    9. وضع 2 غرام أكسيد الكروم (Cr2O3)الكريات (مصدر بخار الكروم) في حاوية مسامية في منطقة التدفئة المستمرة من أنبوب الألومينا. تجميع الخلية ب في مفاعل أنبوب باستخدام لصق لختم.  تسخين الفرن مع معدل منحدر من 5 درجة مئوية / دقيقة تصل إلى 850 درجة مئوية. ثم، تدفق الهواء المرطب (على سبيل المثال 300-500 سم مكعب) من خلال الكريات الكروميةوضمان جيل ثابت من أنواع بخار الكروم 9.
    10. كرر الخطوات 3.1.6 إلى 3.1.8. بعد اختبار لمدة 100 ساعة، قم بتبريد الفرن إلى درجة حرارة الغرفة واتخاذ الخلية ب لتوصيف.
    11. وضع 2 غرام أكسيد الكروم (Cr2O3)الكريات (مصدر بخار الكروم) في حاوية مسامية في منطقة التدفئة المستمرة من أنبوب الألومينا. ضع مبتر الكروم فوق مصدر الكروم. تجميع الخلية ج على الجزء العلوي من مفاعل أنبوب باستخدام لصق لختم. تسخين الفرن مع معدل منحدر من 5 درجة مئوية / دقيقة تصل إلى درجة حرارة مصممة (على سبيل المثال: 850 درجة مئوية في هذه الدراسة). ثم، تدفق 3٪ H2س / الهواء (على سبيل المثال 300-500 سم مكعب) إلى الكاثود LSM.
    12. كرر الخطوات 3.1.6 إلى 3.1.8. بعد اختبار لمدة 100 ساعة، تهدئة الفرن إلى درجة حرارة الغرفة واتخاذ الخلية ج لتوصيف.
  2. توصيف مورفولوجي وكيميائي بعد الاختبار
    ملاحظة: يتم إجراء توصيف ما بعد الاختبار باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني المسح يُقرن بالتحليل الطيفي المشتت للطاقة والفحص المجهري الإلكتروني لانتقال الإرسال (STEM) إلى جانب تحليلات EDS. وقد استخدمت تكنولوجيات الإلكترون وشعاع الأيون المركز (FIB) لإعداد عينات نانومترية.
    1. تحليل الهياكل الدقيقة لمكون الخلية عن طريق التكسير بعد الاختبار الكهروكيميائي.  استخدام أداة SEM للتحليل المورفولوجي. تأكد من تحليل كل من المورفولوجيا والتركيبات الكيميائية لسطح الكاثود LSM وواجهة LSM/YSZ13،14
      1. قبل إجراء تحليل SEM، وإعداد عينات عن طريق طلاء التأتأة من الذهب (Au) الأفلام للتأكد من سطح العينة موصل (تجنب تهمة على سطح العينة). وكانت غرفة الطلاء تحت فراغ (< 50 مم تور). وكان التيار المطبق في 40 مأ وكان وقت الطلاء 1 دقيقة.
      2. إجراء توزيع عنصري كمي باستخدام تقنية التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS). تم تعيين المسافة بين العينة وقطعة القطب السفلي في نظام SEM في 10 ملم. تم تطبيق جهد 20 KV لتحليل SEM وEDS.
    2. إجراء التحليلات الكيميائية والهيكلية والمورفولوجية للجتر الكروم باستخدام تقنية SEM-EDS للحصول على ملف التقاط الكروم عبر قنوات getter.
      1. إعداد عينة getter posttest عن طريق تشريح عينة getter إلى النصف باستخدام سكين.
      2. كرر الخطوة 3.1.1.1 لمعطف الأفلام الذهبية موصل على سطح getter.
      3. كرر الخطوة 3.2.1.2. التأكد من إجراء تحليلات تفصيلية لـ EDS من مدخل المتحصل نحو المنفذ على طول القناة المركزية كما هو موضح في الشكل 2ب. استخدام الوزن (الوزن.) ٪ من مجموع الكروم تقاس مقابل طول القناة لرسم ملف الكروم.
    3. إجراء تحليلات كيميائية وهيكلية ومورفولوجية متعمقة للمتر الكروم باستخدام تقنية FIB-STEM-EDS17و20.
      1. كرر الخطوة 3.1.1.1 لمعطف الأفلام الذهبية موصل على سطح getter.
      2. تحميل العينة في أداة FIB-STEM، حدد منطقة الاهتمام (ROI) لاستخراج العينة، إيداع أربع طبقات من Pt لوضع علامة وحماية العينة (مساحة نموذجية من 30 ميكرومتر طول × 15 عرض م).
      3. مطحنة القنوات حول عائد الاستثمار أعلاه باستخدام شعاع FIB حتى يتم ترك شريط "يشبه الجسر". ثم، جعل أسافين على كلا الجانبين من الشريط للتأكد من عمق يكفي لتحليلك (عمق نموذجي هو 10-20 درجة مئوية).
      4. جبل إلى إبرة micromanipulator وقطع عينة FIB عن طريق طحن باستخدام شعاع أيون مع 15 ن.م الحالية. ثم رفع عينة FIB من عينة getter السائبة إلى حامل الشبكة FIB-STEM، الذي هو عمودي على شعاع الإلكترون. بعد أن تلمس العينة الشبكة في الموضع الصحيح، يتم إيداع Pt باستخدام شعاع أيون الحالي من 0.5 nA لربط العينة إلى الشبكة.
      5. جعل عينة أرق باستخدام تيار FIB من حوالي 20 pA في 2 كيلو فولت للحصول على سمك عينة 50-60 نانومتر. كما يتم إجراء التنظيف النهائي للعينة باستخدام طحن الأرجون في تيار منخفض للغاية (0.5 pA في 1 كيلوفولت).
      6. إجراء رسم خرائط STEM-EDS للعينة getter أعلاه. تم تشغيل المجهر الإلكتروني لنقل المسح الضوئي في 200 كيلوفولت. تم الحصول على صورة حقل مظلم حلقي عالي الزاوية (HAADF) للمنطقة المحددة على عينة getter وتم التقاط خرائط عنصرية للعناصر ذات الصلة (مثل Cr و Sr).

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

Results

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

تجربة التناضح Cr هو اختبار فحص لاختيار getters Cr. وقد استُخدم إعداد التناضح في إطار نظام Cr للتحقق من أداء مبتر الكروم في ظل ظروف التشغيل الخاصة بـ SOFC. أجريت تجارب في وجود متر الكروم تعمل في 850 درجة مئوية في الهواء المرطب (3٪ H2O) لمدة 500 ساعة. حاصل. ومع ذلك، وضع getter بجانب مصدر الكروم أظهرت أي تغير لون الكوع منفذ. وهذا يشير إلى أن الملقط يمكن أن يلتقط بشكل فعال جميع أنواع بخار الكروم الواردة في ظل ظروف التشغيل الاسمية SOFC. وللتحقق من صحة التقاط الكروم وفهم آلية التجشّط...

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

Discussion

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

وتبين النتائج التجريبية بوضوح فعالية مجتر الكروم أثناء اختبارات التنفس الكرومي على المدى الطويل والاختبارات الكهروكيميائية. وجود getters يخفف بنجاح من تلوث القطب الكهربائي الذي سيؤدي خلاف ذلك إلى زيادة سريعة في مقاومة الاستقطاب وتدهور الأداء الكهروكيميائية.

ويفضل تشكيل أنواع الكروم مرحلة الغاز من الكروم يُعزى ويتعزز مع زيادة تركيز بخار الماء (مستوى الرطوبة)16. يتم الحفاظ على محتوى المياه في الهواء الكاثودية في 3٪ مما يمثل ترطيب درجة حرارة الغرفة والتشبع. وقد تم اختيار ح...

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

Disclosures

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

ليس لدى المؤلفين أي شيء للكشف عنه.

Acknowledgements

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

يقر المؤلفون بالدعم المالي المقدم من وزارة الطاقة الأمريكية بموجب المنحة الاتحادية DE-FE-0023385. ومن الامتنان المناقشة التقنية مع الدكتوررين بورك وشايليش فورا (المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة). يتم الاعتراف الدكتور أميت باندي (خلايا الوقود LG، كانتون OH)، جيف ستيفنسون ومات تشو (مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني، ريتشلاند WA) لمساعدتهم في التحقق من صحة اختبار على المدى الطويل من أداء getters. يقر المؤلفون بجامعة كونيتيكت لتقديمها الدعم المختبري. ومن المسلم به أن الدكتور ليشون زانغ والسيدة شيينغ ليانغ ممن يُعترف بهم للمناقشة التقنية والمساعدة في التجارب.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Sr(NO3)2Sigma-Aldrich243426Getter السلائف المادة
Ni (NO3)2-6H2OAlfa AesarA15540مادة السلائف Getter
NH4 OH< / قوي>Alfa AesarL13168مادة سلائف Getter
< قوية > حبر Pt < / قوي>ESL ElectroScience5051معجون جامع
التيار < قوي > سلك Pt < / قوي>Alfa Aesar10288سلك التجميع
الحالي < قوي > Pt Gause < / قوي>الفا Aesar40935جامع
التيار<قوي>Cr2O3< / sub> بودرة< / قوي>Alfa Aesar12286مصدر الكروم
<قوي>حمض النيتريك (HNO3< / sub>)ألدريتش438073استخراج الكروم
<قوي>برمنجنات البوتاسيوم (KMnO4)Alfa AesarA12170استخراج الكروم
<معجون قوي >LSM < / قوي >خلايا الوقود مواد18007كاثود
<قوي > YSZ إلكتروليت < / قوي >خلايا الوقود مواد211102المنحل بالكهرباء
< قوي > لوح ألياف الألومينا < / قوي >ZircarGJ0014الركيزة
Getter < قوي > معجون سيرامابوند < / قوي >AREMCO552-VFGلختم الخلية
<قوي>ICP-MS (7700s)AGILENTNA لتحليل Cr
<قوي>Potentiostat (VMP3)بيولوجيNAلقياس EIS / I-T
<قوي>FIB (Helios Nanolab 460F1)FEINAلإعداد عينة
نانوية<قوي>TEM (Talos F200X S / TEM) < / strong>FEINAلتحليل التكوين
سيجما

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Singh, P., Minh, N. Q. Solid oxide fuel cells: Technology status. International Journal of Applied Ceramic Technology. 1, 5-15 (2005).
  2. Stambouli, A. B., Traversa, E. Solid oxide fuel cells (SOFCs): a review of an environmentally clean and efficient source of energy. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 6, 433-455 (2002).
  3. Mahato, N., Banerjee, A., Gupta, A., Omar, S., Balani, K. Progress in material selection for solid oxide fuel cell technology: A review. Progress in Materials Science. 72, 141-337 (2015).
  4. Brandon, N. P., Skinner, S., Steele, B. C. H. Recent advances in materials for fuel cells. Annual Review of Materials Research. 33, 183-213 (2003).
  5. Piccardo, P., Amendola, R. SOFC ’ s Interconnects Materials Development. Aisofc. , 189-194 (2009).
  6. Yang, Z., Xia, G. -G., Maupin, G. D., Stevenson, J. W. Conductive protection layers on oxidation resistant alloys for SOFC interconnect applications. Surface and Coatings Technology. 201, 4476-4483 (2006).
  7. Aphale, A. N., Hu, B., Reisert, M., Pandey, A., Singh, P. Oxidation Behavior and Chromium Evaporation From Fe and Ni Base Alloys Under SOFC Systems Operation Conditions. JOM. , (2018).
  8. Matsuzaki, Y., Yasuda, I. Electrochemical properties of a SOFC cathode in contact with a chromium-containing alloy separator. Solid State Ionics. 132, 271-278 (2000).
  9. Hu, B., et al. Experimental and thermodynamic evaluation of La1−xSrx MnO3±δ and La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ cathodes in Cr-containing humidified air. International Journal of Hydrogen Energy . 42, 10208-10216 (2017).
  10. Aphale, A. N., Liang, C., Hu, B., Singh, P. Solid Oxide Fuel Cells Lifetime and Reliability: Critical Challenges in Fuel Cells. Brandon, N. , Academic Press. 102-114 (2017).
  11. Chen, K., et al. Highly chromium contaminant tolerant BaO infiltrated La 0.6 Sr 0.4Co 0.2 Fe 0.8 O 3−δ cathodes for solid oxide fuel cells. Physical Chemistry Chemical Physics. 17, 4870-4874 (2015).
  12. Zhen, Y. D., Tok, A. I. Y., Jiang, S. P., Boey, F. Y. C. La(Ni,Fe)O3 as a cathode material with high tolerance to chromium poisoning for solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources. 170, 61-66 (2007).
  13. Aphale, A., et al. Synthesis and stability of SrxNiyOz chromium getter for solid oxide fuel cells. Journal of the Electrochemical Society. 165, (2018).
  14. Aphale, A., Hu, B., Singh, P. Low-Cost Getters for Gaseous Chromium Removal in High-Temperature Electrochemical Systems. Jom. , 2-8 (2018).
  15. Heo, S. H., Hu, B., Aphale, A., Uddin, M. A., Singh, P. Low-temperature chromium poisoning of SOFC cathode. ECS Transactions. 78, (2017).
  16. Liang, C., et al. Mitigation of Chromium Assisted Degradation of LSM Cathode in SOFC. ECS Transactions. 75, 57-64 (2017).
  17. Ge, L., et al. Oxide Scale Morphology and Chromium Evaporation Characteristics of Alloys for Balance of Plant Applications in Solid Oxide Fuel Cells. Metallurgical and Materials Transactions A. 44, 193-206 (2013).
  18. Hu, B., Mahapatra, M. K., Keane, M., Zhang, H., Singh, P. Effect of CO2 on the stability of strontium doped lanthanum manganite cathode. Journal of Power Sources. 268, 404-413 (2014).
  19. Hu, B., Keane, M., Mahapatra, M. K., Singh, P. Stability of strontium-doped lanthanum manganite cathode in humidified air. Journal of Power Sources. 248, 196-204 (2014).
  20. Li, C., Habler, G., Baldwin, L. C., Abart, R. An improved FIB sample preparation technique for site-specific plan-view specimens: A new cutting geometry. Ultramicroscopy. 184, 310-317 (2018).

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

Chromium GetterSolid Oxide Fuel CellCathode DegradationChromium Vapor CaptureElectrochemical TestingCordierite HoneycombAlkaline Earth OxidesTransition Metal OxidesChromium Transpiration TestImpedance Spectroscopy

Related Articles