Développement et validation de Chrome Getters pour les systèmes d'alimentation à pile à combustible à oxyde solide

Summary

L'empoisonnement à la cathode par des contaminants atmosphériques dans les niveaux de traces demeure une préoccupation majeure pour la stabilité à long terme des systèmes électrochimiques à haute température. Nous fournissons une nouvelle méthode pour atténuer les dégradations de la cathode à l'aide d'éclafandeurs, qui captent les contaminants atmosphériques à haute température avant d'entrer dans la zone de pile électrochimiquement active.

Abstract

La dégradation de la cathode dans les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) demeure une préoccupation majeure pour la stabilité des performances à long terme et la fiabilité opérationnelle. La présence d'espèces de chrome de phase gazeuse dans l'air a démontré une dégradation significative des performances cathodiques lors d'une exposition à long terme due à la formation de composés indésirables à l'interface cathode et électrolyte qui retarde la réaction de réduction de l'oxygène ( ORR). Nous avons démontré une nouvelle méthode pour atténuer la dégradation de la cathode à l'aide de glacères de chrome qui capturent les espèces de chrome de phase de gaz avant qu'elle ne soit ingérée dans la chambre cathode. Les matériaux d'entaille à faible coût, synthétisés à partir de la terre alcaline et d'oxydes métalliques de transition, sont recouverts sur le substrat en nid d'abeilles cordrite pour l'application dans les systèmes d'alimentation SOFC. Les getters fabriqués ont été examinés par des essais de transpiration de chrome pendant 500 h dans l'atmosphère d'air humidifié en présence de vapeur de chrome. Les getters sélectionnés ont été validés à l'aide de tests électrochimiques. Typiquement, la performance électrochimique des SOFC (lanthanum strontium manganite (LSM) - yttria stabilized zirconia (YSZ) - Pt) a été mesurée à 850 oC en présence et en l'absence de Cr getter. Pour les tests cellulaires de 100 h contenant des getters, les performances électrochimiques stables ont été maintenues, tandis que les performances cellulaires en l'absence de Cr getters ont rapidement diminué en 10 h. Les analyses des parcelles nyquist ont indiqué une augmentation significative de la polarisation résistance dans les 10 premières h de l'opération cellulaire. Les résultats de caractérisation des SOFC post-test et des getters ont démontré la grande efficacité de la capture de chrome pour l'atténuation de la dégradation cellulaire.

Introduction

Le système d'alimentation à pile à combustible à oxyde solide (SOFC), un dispositif de conversion d'énergie électrochimique directe à haute température, offre une voie écologique pour produire de l'électricité à partir d'une grande variété de combustibles fossiles et renouvelables. La technologie SOFC trouve ses applications dans les zones centralisées et distribuées de production d'électricité¹. Cette technologie repose sur la conversion électrochimique de l'énergie chimique stockée dans les combustibles en électricité. De nombreux avantages sont offerts par les SOFC en termes d'efficacité énergétique élevée, de chaleur de haute qualité, de fa....

Protocol

1. Synthèse de l'getter de chrome

1. Synthétiser la poudre précurseur à l'aide de sels d'oxyde de métal alcalin salin et de transition par voie de synthèse de coprécipitation conventionnelle, tel qu'indiqué à la figure 1¹⁶.
   1. Préparer une solution de stock à l'aide de 50,33 g de nitrate de strontium Sr (NO₃)₂ et 43,97 g d'hexahydrate de nitrate de nickel Ni(NO₃)₂.6H₂O afin de préparer des solutions de 2,4 M len sur 100 ml d'eau désionisée.
   2. Utiliser 9 mL de 2,4 M Sr(NO₃)₂ et ajouter avec 7 ml de 2,4 M solution de Ni ....

Results

Une expérience de transpiration Cr est un test de dépistage pour la sélection des cr getters. La configuration de cr transpiration a été utilisée pour valider les performances de l'encreur de chrome dans les conditions d'exploitation du SOFC. Des expériences ont été menées en présence d'un getter de chrome actionné à 850 oC dans l'air humidifié (3 % H₂O) pendant 500 h. Les observations visuelles pendant les tests de transpiration Cr ont indiqué une décoloration significative du.......

Discussion

Les résultats expérimentaux démontrent clairement l'efficacité des getters de chrome pendant les essais à long terme de transpiration de chrome et les essais électrochimiques. La présence de getters atténue avec succès la contamination de l'électrode qui, autrement, entraînerait une augmentation rapide de la résistance à la polarisation et de la dégradation des performances électrochimiques.

La formation d'espèces de chrome de phase de gaz de chromia est favorisée et améliorée avec une augment.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sr(NO3)2	Sigma-Aldrich	243426	Getter precursor material
Ni(NO3)2-6H2O	Alfa Aesar	A15540	Getter precursor material
NH4 OH	Alfa Aesar	L13168	Matériau précurseur Getter
Pt	ESL ElectroScience	5051	Collecteur de courant pâte
Fil Pt	Alfa Aesar	10288	Fil collecteur de courant
Pt gause	Alfa Aesar	40935	Collecteur
de courantCr2O3 poudre	Alfa Aesar	12286
Acide nitrique <> de chrome (HNO3)	Sigma-Aldrich	438073	Extraction du chrome
Permanganate de potassium (KMnO4)	Alfa Aesar	A12170	Extraction du chrome
LSM	Matériaux pour piles à combustible	18007	Électrolyte cathodique
YSZ	Matériaux pour piles à combustible	211102	Électrolyte
Panneau de fibres d’alumine	Zircar	GJ0014	Substrat Getter
Pâte de céramebond	AREMCO	552-VFG	Pour l’étanchéité des cellules
ICP-MS (7700s)	Agilent	NA	Pour l’analyse du Cr
Potentiostat (VMP3)	Biologic	NA	Pour la mesure EIS/I-t
FIB (Helios Nanolab 460F1)	FEI	NA	Pour la préparation de nano-échantillons
TEM (Talos F200X S/TEM)	FEI	NA	Pour l’analyse de la composition