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

Las aleaciones que contienen cromo se utilizan en SOFC como interconexiones metálicas para formar una escala de cromo para la protección contra la corrosión. Sin embargo, la vaporización del cromo a altas temperaturas produce especies de cromo gaseoso que resultan en la degradación del SOFC. Este método proporciona una solución para la intoxicación por cromo en sistemas de energía de pilas de combustible de óxido sólido.

Las principales ventajas son el uso de materiales de bajo costo y la captura efectiva de contaminantes a bajas y altas temperaturas. Otros sistemas industriales de alta temperatura que utilizan aleaciones que contienen cromo, como sistemas de electrólisis de vapor, sistemas de membranas de transporte de oxígeno y sistemas petroquímicos podrían utilizar este método para el control de calidad y emisiones. Esta demostración de vídeo puede hacer que los investigadores interesados aprendan rápidamente estos técnicos, algunos pasos son muy simples para los principiantes.

Estos técnicos pueden hacer que los investigadores desarrollen las habilidades para un avance a la investigación de tecnología electroquímica. Para empezar, combine nueve mililitros de nitrato de estroncio acuoso molar 2,4, con siete mililitros de nitrato de níquel acuoso molar 2,4 molar. Revuelva la mezcla durante 30 minutos a 300 RPM mientras la calienta a 80 grados centígrados para disolver los sólidos.

A continuación, añadir 30 mililitros de 5 molares de amoníaco acuoso para aumentar el pH de la solución a 8,5. Continúe revolviendo la mezcla a 80 grados centígrados durante 24 horas, para precipitar el polvo precursor. Secar la solución en un horno seco a 120 grados Centígrados, hasta que el agua se evapore por completo, lo que suele tardar unas 24 horas, en dejar un compuesto ceroso azul.

Suspendemos el compuesto en 50 mililitros de agua desionizada utilizando agitación manual y magnética. Centrifugar la suspensión a 5000 RPM durante 5 minutos. Y retire el líquido que contiene nitrato de amonio residual.

A 200 a 380 grados Celsius, el nitrato de amonio se descompone y produce ácido nitrato de amoníaco, gases de óxido de nitrógeno. El lavado adecuado con agua destilada reducirá o eliminará la emisión de estos gases. Seque el polvo precursor enjuagado a 120 grados Centígrados durante dos horas.

A continuación, agregue el agua ionizada al polvo y mezcle durante al menos cinco minutos para hacer una suspensión gruesa. Des-gas el lodo en una cámara de vacío para eliminar las burbujas de aire. A continuación, coloque un sustrato de panal de panal de cordierita en la suspensión y realice la infiltración al vacío durante cinco minutos para llenar los poros con lodos.

Después, fluya aire a través del sustrato recubierto de inmersión para eliminar el exceso de lodos de los canales. Coloque la muestra en un horno lleno de aire y caliente a unos 120 grados centígrados a cinco grados por minuto. Seque la muestra al aire durante al menos dos horas.

A continuación, rampa el horno a 650 grados Centígrados a cinco grados por minuto y calsignar la muestra en el aire durante 12 horas para terminar de producir el captador de cromo. Para comenzar la prueba de validación, coloque dos gramos de pellets de cromo centrados en un horno de tubo de cuarzo equipado con un difusor. Coloque un captador de cromo al otro lado del difusor.

Conecte el lado del cromo del horno a una fuente de aire comprimido a través de un burbujeador de agua a temperatura ambiente. Conecte el lado del captador a una abertura de ventilación a través de un codo de vidrio y un conjunto de atrapamiento de vapor de cromo. Purgar el sistema con aire humidificado a 300 SCCM durante 15 minutos a una hora.

A continuación, rampa el horno a 850 grados Celsius a tres grados por minuto y mantener esa temperatura durante 500 horas. Compruebe si hay decoloración en el codo de salida que indique la deposición de compuestos de cromo cada 100 horas. Una vez finalizada la prueba, enfríe el horno a temperatura ambiente antes de apagar el flujo de aire y recuperar la muestra del captador.

Recoger el agua del conjunto de captura de cromo entonces, remojar el tubo de cuarzo, codo de vidrio, condensador y lavar botellas con 20% en peso ácido nítrico para extraer cromo depositado y recoger los enjuagues. Remoje la cristalería en 20% ácido nítrico durante 12 horas para extraer cromo depositado adicional y recoger el enjuague. Si alguna cristalería todavía está decolorada, remoje en permanganato de potasio alcalino durante 12 horas a 80 grados centígrados.

A continuación, recopile y mezcle el extracto de cromo de todos los componentes para analizar el contenido de cromo con ICPMS. Luego, corta la muestra del captador por la mitad con un cuchillo y recubre las superficies expuestas con oro. Recubrir la muestra del captador de cromo con oro y evaluar la distribución elemental con espectroscopia de rayos X dispersiva de energía.

Realice otro análisis EDS y trace la cantidad de cromo con respecto a la distancia de la fuente de cromo. Para comenzar la fabricación de SOFC, serigrafía de manganato de estroncio de lantano en la superficie de tres electrodos de circonio estabilizados y centrar los ensamblajes. A continuación, conecte un electrodo de platino a cada disco YSZ como ánodo utilizando tinta de platino.

Conecte la gasa de platino tanto al ánodo como al cátodo y conecte cables de platino cortos al cátodo, ánodo y disco YSZ. Coloque el SOFC en un horno, colóquelos a 850 grados Celsius a tres grados por minuto y curelos en el aire durante dos horas. A continuación, conecte los cables conductores de plata a un SOFC curado y móntelo en la zona de calentamiento constante de un horno de tubo de cilindro.

Selle el SOFC en el horno con pasta cerámica y conecte los electrodos a un potenciostato. Siga los procedimientos estándar para configurar el experimento. Asegúrese de que se trata de una buena célula de cilindro y de que los tres electrodos están conectados correctamente al potenciostato.

Luego, rampa el horno a 850 grados Celsius a cinco grados por minuto. Mientras el horno se calienta, configure los potenciostatos para registrar la corriente celular cada minuto con un sesgo de 0,5 voltios entre el cátodo y el electrodo de referencia. Ajuste los potenciostatos para realizar espectroscopia de impedancia electroquímica entre el cátodo y el electrodo de referencia cada hora.

Cuando el horno alcanza la temperatura de prueba, fluya aire humidificado hacia el cátodo a 300 SCCM y aire seco hacia el ánodo a 150 SCCM. Inicie las mediciones y deje que la prueba se ejecute durante 100 horas. Después de la prueba, enfríe el horno a temperatura ambiente y recupere la celda para su caracterización.

Para la siguiente prueba, coloque dos gramos de pellets de cromo en un tubo de alúmina perforada en la zona de calentamiento constante. Fije un nuevo SOFC por encima de la fuente de cromo y repita las mediciones del extremo de la prueba exactamente de la misma manera. Para la tercera prueba, cargue dos gramos de pellets de cromo en el tubo y monte un captador de cromo por encima de la fuente de cromo.

Fije un nuevo SOFC sobre el captador y realice las mediciones finales de la prueba en las mismas condiciones. En la prueba de transpiración, el perfil de cromo indicó que la mayor parte del cromo estaba atrapado dentro de los primeros cuatro milímetros del captador. El análisis del material del captador de cromo depositado en un sustrato de fibra de alúmina mostró grandes partículas ricas en cromo y estroncio cerca de la entrada de vapor.

Los mapas elementales de las secciones transversales de fibra confirmaron que el cromo y el estroncio ocurrieron en la superficie de la fibra. Las pruebas electroquímicas de LSM-YSZ SOFC en presencia y ausencia de cromo mostraron que el vapor de cromo envenenó rápidamente la célula. Esto se atribuyó a los depósitos de óxido de cromo en la interfaz LSM-YSZ, lo que dificulta la reacción de reducción de oxígeno en esa interfaz.

La colocación de un captador de cromo SNO entre la fuente de cromo y el SOFC dio lugar a un rendimiento SOFC comparable al rendimiento en ausencia de cromo. Este rendimiento se mantuvo en una amplia gama de caudales de vapor de cromo. El protocolo de fabricación produce un captador eficiente y estable para las impurezas de cromo en el aire.

Usando diferentes productos químicos podemos desarrollar captadores para capturar otros contaminantes gaseosos como vapores de boro y silicio. El protocolo de transmisión mide la evaporación del cromo que contiene materiales de aleación y valida el rendimiento de los captadores que capturan vapor de hexaamminacromo en el aire en condiciones de funcionamiento típicas de SOFC. El protocolo de validación electroquímica demuestra la eficiencia del captador en condiciones nominales de funcionamiento de SOFC.

Dado que la información es esencial para ampliar las tecnologías getter y SOFC para la industria y sus usos comerciales. Este método utiliza pequeñas cantidades de productos químicos y razones que se pueden manejar y manejar de acuerdo con las políticas de salud y seguridad de laboratorio existentes.