Desarrollo y validación de captadores de cromo para sistemas de energía de células de combustible de óxido sólido

Summary

La intoxicación por cátodos por contaminantes en el aire en los niveles de trazas sigue siendo una preocupación importante para la estabilidad a largo plazo de los sistemas electroquímicos de alta temperatura. Proporcionamos un método novedoso para mitigar las degradaciones del cátodo utilizando captadores, que capturan contaminantes en el aire a alta temperatura antes de entrar en el área de pila electroquímicamente activa.

Abstract

La degradación del cátodo en las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) sigue siendo una preocupación importante para la estabilidad del rendimiento a largo plazo y la fiabilidad operativa. La presencia de especies de cromo en fase gaseosa en el aire ha demostrado una degradación significativa del rendimiento del cátodo durante la exposición a largo plazo debido a la formación de compuestos no deseados en la interfaz de cátodo y electrolitos que retrasa la reacción de reducción de oxígeno ( ORR). Hemos demostrado un método novedoso para mitigar la degradación del cátodo utilizando captadores de cromo que capturan las especies de cromo de fase gaseosa antes de que se ingiriera en la cámara de cátodo. Los materiales getter de bajo costo, sintetizados a partir de tierra alcalina y óxidos metálicos de transición, están recubiertos en el sustrato de panal de cordirita para su aplicación en los sistemas de alimentación SOFC. A medida que los captadores fabricados han sido examinados por pruebas de transpiración de cromo durante 500 h en atmósfera de aire humidificado en presencia de vapor de cromo. Los captadores seleccionados han sido validados utilizando pruebas electroquímicas. Típicamente, el rendimiento electroquímico de los SOFC (manganite de estroncio de lantano (LSM) yttria , zirconia estabilizada (YSZ) y Pt) se midió a 850 oC en presencia y ausencia de Cr getter. Para las pruebas celulares de 100 h que contienen captadores, se mantuvo un rendimiento electroquímico estable, mientras que el rendimiento celular en ausencia de captadores Cr disminuyó rápidamente en 10 h. Los análisis de las gráficas de Nyquist indicaron un aumento significativo en la polarización resistencia dentro de las primeras 10 h de la operación celular. Los resultados de caracterización de los SOFC y captadores posteriores han demostrado la alta eficiencia de la captura de cromo para la mitigación de la degradación celular.

Introduction

El sistema de energía de pila de combustible de óxido sólido (SOFC), un dispositivo de conversión de energía electroquímica directa de alta temperatura, ofrece una vía respetuosa con el medio ambiente para generar electricidad a partir de una amplia variedad de combustibles fósiles y renovables. La tecnología SOFC encuentra sus aplicaciones en áreas de generación de energía centralizadas y distribuidas¹. Esta tecnología se basa en la conversión electroquímica de la energía química almacenada en los combustibles en electricidad. Los SOFCs ofrecen numerosas ventajas en términos de alta eficiencia energética, calor de alta calidad, facilidad de mo....

Protocol

1. Síntesis del captador de cromo

1. Sintetizar polvo precursor utilizando la tierra alcalina y la transición de sales de óxido metálico a través de la ruta de síntesis de coprecipitación convencional como se muestra en la Figura 1¹⁶.
   1. Preparar una solución en stock utilizando 50,33 g de nitrato de estroncio Sr(NO₃)₂ y 43,97 g de nitrato de níquel hexahidrato Ni(NO₃)₂.6H₂O para preparar soluciones de 2,4 M en 100 ml de agua desionizada.
   2. Utilice 9 ml de 2,4 M Sr(NO₃)₂ y añada con 7 ml de solución de 2,4 M de Ni(NO

Results

Un experimento de transpiración Cr es una prueba de detección para la selección de captadores Cr. La configuración de transpiración cr se utilizó para validar el rendimiento del captador de cromo en las condiciones de funcionamiento de SOFC. Se llevaron a cabo experimentos en presencia de un captador de cromo operado a 850oC en aire humidificado (3% H₂O) durante 500 h. Las observaciones visuales durante las pruebas de transpiración de Cr indicaron una decoloración significativa.......

Discussion

Los resultados experimentales demuestran claramente la eficacia de los captadores de cromo durante las pruebas de transpiración de cromo a largo plazo y las pruebas electroquímicas. La presencia de captadores mitiga con éxito la contaminación del electrodo, lo que de otro modo conduciría a un rápido aumento de la resistencia a la polarización y la degradación del rendimiento electroquímico.

La formación de especies de cromo en fase gaseosa a partir de cromia se favorece y mejora con un aumento.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sr(NO3)2	Sigma-Aldrich	243426	material precursor > Getter
3)2-6H2O	Alfa Aesar	A15540	Material precursor getter
NH4 OH	Alfa Aesar	L13168	Getter precursor de material
Tinta Pt	ESL ElectroScience	5051	Colector de corriente
Alambre >Pt	Alfa Aesar	10288	Cable colector de corriente
Modo de gaseo Pt	Alfa Aesar	40935	Colector
de corrienteCr2O3 polvo	Alfa Aesar	12286	Fuente
>ácido nítrico fuerte (HNO3)	Sigma-Aldrich	438073	Extracción
de cromoPermanganato de potasio (KMnO4)	Alfa Aesar	A12170	Extracción de cromo
pasta LSM	>Fuelcellmaterials	18007
CátodoYSZ electrolito	Fuelcellmaterials	211102	Electrolito
Tablero de fibra de alúmina	Zircar	GJ0014	Getter sustrato
Pasta Ceramabond	AREMCO	552-VFG	Para el sellado de celdas
ICP-MS (7700s)	Agilent	NA	para análisis
de CrPotenciostat (VMP3)	Biologic	NA	Para la medición de EIS/I-t
FIB (Helios Nanolab 460F1)	FEI	NA	Para la preparación de nanomuestras
TEM (Talos F200X S/TEM)	FEI	NA	Para el análisis de la composición