Method Article

פיתוח ותיקוף של כרום הגטרס עבור מערכות חשמל של תחמוצת הדלק מוצק

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

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

הרעלת קתודה של מזהמים באוויר ברמות מעקב נותרה דאגה גדולה ליציבות ארוכת טווח של מערכות אלקטרוכימי בטמפרטורות גבוהות. אנו מספקים שיטה מקורית להפחתת degradations הקתודה באמצעות הגטות, אשר לוכדים מזהמים מוטס בטמפרטורה גבוהה לפני הכניסה לאזור המחסנית הפעילה אלקטרוכימית.

Abstract

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

השפלה של קתודה בתאי דלק תחמוצת מוצק (SOFC) נותרה דאגה מרכזית ליציבות ביצועים ארוכי טווח ואמינות תפעולית. הנוכחות של גז מינים כרום באוויר הפגינו השפלה ביצועים משמעותיים של קתודה במהלך חשיפה ארוכת טווח עקב היווצרות מתחם לא רצוי בממשק הקתודה והאלקטרוליט אשר מפגרים תגובת החמצן ( אור). הדגמנו שיטה הרומן לרכך את השפלה הקתודה באמצעות מגטות כרום אשר ללכוד את מינים כרום של שלב הגז לפני שהוא בלע בחדר הקתודה. חומרים מושך בעלות נמוכה, מסונתז מ כדור הארץ, תחמוצות מתכת מעבר, מצופים על מצע החלת הדבש ליישום במערכות כוח SOFC. כפי-מפוברק יצועיסטים הוקרן על ידי דיות כרום בדיקות עבור 500 h בתוך מחולל אוויר באווירה בנוכחות של אדי כרום. הגטרים נבחרים מאומתים יותר באמצעות בדיקות אלקטרוכימי. בדרך כלל, ביצועים אלקטרוכימי של SOFCs (לנתן סטרונציום manganite (LSM) ǁ yttria מיוצב זירקונים (YSZ) ǁ Pt) נמדד ב 850 ° c בנוכחות והעדר של מושך Cr. עבור בדיקות תא 100 h המכיל הגטות, ביצועים אלקטרוכימי יציב נשמר, בעוד ביצועי התא בהעדר הגטרס Cr במהירות ירד 10 h. ניתוח של מגרשים נייקוויסט הצביע על עלייה משמעותית בקיטוב התנגדות בתוך 10 המטר הראשון של המבצע הסלולרי. אפיון תוצאות מתוך הבדיקה sofcs ו יצועיסטים הפגינו יעילות גבוהה של לכידת כרום להקלה על השפלה התא.

Introduction

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

תא דלק תחמוצת מוצק (SOFC) מערכת כוח, טמפרטורה גבוהה ישירה אלקטרוכימי המרה המכשיר, מציע מסלול ידידותי לסביבה כדי ליצור חשמל ממגוון רחב של דלקים מאובנים ומתחדשים. טכנולוגיית SOFC מאתרת את יישומיה בתחומים מרכזיים, כמו גם בתחומי ייצור חשמל מבוזרים1. טכנולוגיה זו נשענת על המרה אלקטרוכימית של אנרגיה כימית המאוחסנת בדלקים לחשמל. יתרונות רבים מוצעים על-ידי SOFCs במונחים של יעילות אנרגיה גבוהה, חום באיכות גבוהה, קלות של מודולריות, ו-או לא זניח הפחמן עקבות2. מספר תאים SOFC בודדים מחוברים בסדרה או בצורה מקבילה (כלומר ערימות SOFC) כדי להשיג מתח הפלט הרצוי. ערימות sofc מורכבות של רכיבים כגון אלקטרוליט צפוף, נקבובי אלקטרודות, קישוריות....

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

Protocol

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

1. סינתזה של מושך כרום

  1. סינתזה אבקה קודמי באמצעות האדמה אלקליין ומלחים תחמוצת מתכת מעבר באמצעות תוואי קונבנציונאלי coprecipitation סינתזה כמתואר באיור 116.
    1. הכנת פתרון מניות באמצעות 50.33 g של סטרונציום חנקתי Sr (לא3)2 ו 43.97 g של ניקל חנקתי hexahydrate ימה (מס '3)2. 6h2O כדי להכין פתרונות 2.4 M ב 100 mL של מים מאוהים.
    2. השתמש 9 mL של 2.4 M Sr (NO3)2 ולהוסיף עם 7 מ ל של 2.4 m פתרון של Ni (לא3)2. 6h2O, ואחריו ערבוב הפתרון המעורב וחימום עד 80 ° c.
    3. הוסף 30 מ"ל של 5 M NH

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

Results

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

ניסוי Cr דיות הוא מבחן הקרנה עבור מבחר של מגטות Cr. ההתקנה Cr דיות היה מנוצל כדי לאמת את הביצועים של מושך כרום תחת תנאי הפעולה SOFC. ניסויים נערכו בנוכחות של מושך כרום מופעל ב 850 ° c ב מחולל לחות (3% H2O) אוויר עבור 500 H. תצפיות חזותיות במהלך בדיקות Cr דיות הצביעו על שינויי צבע משמעותיים של המרפק לשקע במהלך 500 H בהעדר גטר. עם זאת, הצבת מושך ליד מקור כרום לא הפגינו שינוי צבע של המרפק שקע. הדבר הצביע על כך שהמושך יכול ללכוד ביעילות את כל המינים הנכנסים של אדי הרום בתנאי הפעלה .......

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

Discussion

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

התוצאות הנסיוניות להפגין בבירור את האפקטיביות של כרום במהלך בדיקות דיות כרום לטווח ארוך בדיקות אלקטרוכימי. נוכחות של הגטרס בהצלחה מפחית את הזיהום של האלקטרודה אשר אחרת תוביל לעלייה מהירה בהתנגדות פולריזציה והשפלה ביצועים אלקטרוכימי.

היווצרות של מינים כרום בשלב של גז מ chromia הוא המועדף ומשופר עם גידול של אדי מים ריכוז (רמת לחות)16. תכולת המים באוויר הcathodic נשמרת ב -3% המייצגים את טמפרטורת החדר לחות ורוויה. תא חום גבוה חשיפה מצב של 850 ° צ' נבחרה כדי להדגים את האפקטי.......

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

Disclosures

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

למחברים אין שום דבר לחשוף.

Acknowledgements

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

מחברים לקבל תמיכה כספית מהמחלקה האמריקנית לאנרגיה (ארה ב) תחת המענק הפדרלי דה-FE-0023385. שיחה טכנית עם ד"ר רין בורק ושאילש ואורה (המעבדה הטכנולוגית של האנרגיה הלאומית) מוכרת בהכרת תודה. ד ר עמית Pandey (LG בתאי דלק, קנטון הו), ג ' ף סטיבנסון ו מאט צ'ו (פסיפיק הלאומי המעבדה הלאומית, Richland WA) מודעים לעזרתם עם אימות לטווח ארוך של הביצועים של הגטרס. המחברים מכירים באוניברסיטת קונטיקט על מתן תמיכה במעבדה. ד ר ליצ'ון ג'אנג וגברת צ'ייינג ליאנג מודעים לדיון טכני ולעזרה בניסויים.

....

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 precursor material
Ni(NO3)2-6H2OAlfaAesar A15540Getter precursor material
NH4 OHAlfa AesarL13168חומר מבשר Getter
<חזק>PtESL ElectroScience5051משחת אספן נוכחית
<חוט חזק>PtAlfa Aesar10288חוט אספן נוכחי
<חזק>PtAlfa Aesar40935אספן
נוכחי<חזק>Cr<תת>2O<תת>3 אבקהAlfa Aesar12286מקור כרום
><חומצה חנקתית חזקה (HNO<תת>3)סיגמא-אולדריץ' 438073מיצוי כרום
<חזק>אשלגן פרמנגנט (KMnO<תת>4)Alfa AesarA12170מיצוי כרום
<חזק>משחת LSMFuelcellmaterials18007קתודה
<חזק>YSZ אלקטרוליט>Fuelcellmaterials211102אלקטרוליט
<חזק>לוח סיבי אלומינהZircarGJ0014מצע גטר
<חזק>משחת סרמבונדAREMCO552-VFGלאיטום תאים
<חזק>ICP-MS (7700s)AgilentNAלניתוח Cr
Potentiostat (VMP3)BiologicNA למדידת EIS/I-t
FIB (Helios Nanolab 460F1)FEINAלהכנת דגימת ננו
<חזק>TEM (Talos F200X S/TEM)FEINAלניתוח קומפוזיציה

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 re....

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