Sviluppo e convalida di Chromium Getters per sistemi di alimentazione a celle a combustibile a ossido solido

Summary

L'avvelenamento da catodia da contaminanti trasportati dall'aria nei livelli di traccia rimane una delle principali preoccupazioni per la stabilità a lungo termine dei sistemi elettrochimici ad alta temperatura. Forniamo un nuovo metodo per mitigare le degradazioni catodiche utilizzando getter, che catturano i contaminanti trasportati dall'aria ad alta temperatura prima di entrare nell'area dello stack elettrochimicamente attiva.

Abstract

La degradazione del catodo nelle celle a combustibile a ossido solido (SOFC) rimane una delle principali preoccupazioni per la stabilità delle prestazioni a lungo termine e l'affidabilità operativa. La presenza di specie di cromo in fase gassosa nell'aria ha dimostrato una significativa degradazione delle prestazioni dei catodi durante l'esposizione a lungo termine a causa della formazione di composti indesiderati all'interfaccia catodo ed elettrolita che ritarda la reazione di riduzione dell'ossigeno ( ORR). Abbiamo dimostrato un nuovo metodo per mitigare la degradazione del catodo utilizzando getter di cromo che catturano le specie di cromo in fase gassosa prima che venga ingerito nella camera catodo. I materiali getter a basso costo, sintetizzati dalla terra alcalina e dagli ossidi metallici di transizione, sono rivestiti sul substrato a nido d'ape cordierite per l'applicazione nei sistemi di alimentazione SOFC. I getter come fabbricati sono stati sottoposti a screening da test di traspirazione di cromo per 500 h in atmosfera d'aria umidificata in presenza di vapore cromo. I getter selezionati sono stati ulteriormente convalidati utilizzando test elettrochimici. Tipicamente, le prestazioni elettrochimiche dei SOFC (lanthanum strontium manganite (LSM) - yttria stabilizzato zirconia (YS) - Pt) è stato misurato a 850 gradi centigradi in presenza e assenza di Cr getter. Per i test cellulari da 100 h contenenti getter, sono state mantenute le prestazioni elettrochimiche stabili, mentre le prestazioni delle cellule in assenza di getter Cr sono diminuite rapidamente in 10 h. Le analisi dei grafici di Nyquist hanno indicato un aumento significativo della polarizzazione resistenza entro i primi 10 h dell'operazione cellulare. I risultati della caratterizzazione dei SOFC e dei getter posttest hanno dimostrato l'elevata efficienza della cattura del cromo per la mitigazione della degradazione cellulare.

Introduction

Il sistema di alimentazione a celle a combustibile a ossido solido (SOFC), un dispositivo di conversione elettrochimico diretto ad alta temperatura, offre un percorso ecologico per generare elettricità da un'ampia varietà di combustibili fossili e rinnovabili. La tecnologia SOFC trova le sue applicazioni in aree centralizzate e distribuite di generazione di energia¹. Questa tecnologia si basa sulla conversione elettrochimica dell'energia chimica immagazzinata nei combustibili in elettricità. Numerosi vantaggi sono offerti dai SOFC in termini di alta efficienza energetica, calore di alta qualità, facilità di modularità e impronte di carbonio non....

Protocol

1. Sintesi di cromo getter

1. Syntheizzare polvere precursore utilizzando la terra alcalina e transitoria ossido di metallo sale attraverso il percorso di sintesi di coprecipitazioni convenzionale come raffigurato figura 1¹⁶.
   1. Preparare una soluzione di riserva utilizzando 50,33 g di nitrato di stronzio Sr(NO₃)₂ e 43,97 g di nichel nitrato esidrato Ni(NO₃₎₂.6H₂O al fine di preparare soluzioni 2,4 M in 100 mL di acqua de-ionizzata.
   2. Utilizzare 9 mL di 2,4 M Sr(NO₃)₂ e aggiungere con 7 mL di soluzione 2.4 M di Ni(NO

Results

Un esperimento di traspirazione Cr è un test di screening per la selezione di getter Cr. La configurazione della traspirazione Cr è stata utilizzata per convalidare le prestazioni del getter al cromo nelle condizioni operative del SOFC. Gli esperimenti sono stati condotti in presenza di un getter di cromo azionato a 850 gradi centigradi in aria umidificata (3% H₂O) per 500 h. Le osservazioni visive durante i test di traspirazione Cr hanno indicato una significativa scolorimento.......

Discussion

I risultati sperimentali dimostrano chiaramente l'efficacia dei getter di cromo durante i test di traspirazione di cromo a lungo termine e i test elettrochimici. La presenza di getter mitiga con successo la contaminazione dell'elettrodo che altrimenti porterebbe ad un rapido aumento della resistenza alla polarizzazione e alla degradazione delle prestazioni elettrochimiche.

La formazione di specie di cromo fase gassosa da cromiomia è favorita e migliorata con un aumento della concentrazione di .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sr(NO3)2	Sigma-Aldrich	243426	Getter materiale precursore
Ni(NO3)2-6H2O	Alfa Aesar	A15540	Getter materiale precursore
NH4 OH	Alfa Aesar	L13168	Getter materiale precursore
Pt inchiostro	ESL ElectroScience	5051	Pasta collettore di corrente
Pt filo	Alfa Aesar	10288	Cavo collettore di corrente
Pt gause	Alfa Aesar	40935	Collettore
di correnteCr2O3 polvere	Alfa Aesar	12286	Fonte di cromo
Acido nitrico (HNO3)	Sigma-Aldrich	438073	Estrazione di cromo
Permanganato di potassio (KMnO4)	Alfa Aesar	A12170	Estrazione di cromo
LSM in pasta	Fuelcell	18007	Cathodo
YSZ elettrolita	Fuelcell 211102		Fuelcell Elettrolita
Pannello in fibra di allumina	Zircar	GJ0014	Getter substrato
Ceramabond in pasta	AREMCO	552-VFG	Per la sigillatura delle celle
ICP-MS (7700s)	Agilent	NA	Per analisi Cr
Potenziostato (VMP3)	Biologic	NA	Per la misurazione EIS/I-t
FIB (Helios Nanolab 460F1)	FEI	NA	Per la preparazione di nano-campioni
TEM (Talos F200X S/TEM)	FEI	NA	Per l'analisi della composizione