Ontwikkeling en validering van chroom-getters voor Solid oxide brandstofcel vermogens systemen

Summary

Kathode vergiftiging door luchtverontreinigingen in sporen niveaus blijft een belangrijke zorg voor de lange termijn stabiliteit van hoge-temperatuur elektrochemische systemen. We bieden een nieuwe methode om de kathode degraderingen te verzachten met behulp van getters, die verontreinigingen in de lucht op hoge temperatuur vastleggen voordat ze elektrochemisch actieve stapel gebied binnenkomen.

Abstract

Degradatie van de kathode in vaste oxide brandstofcellen (SOFC) blijft een belangrijke zorg voor de langetermijnprestatie stabiliteit en operationele betrouwbaarheid. De aanwezigheid van de gasfase chroom soorten in lucht heeft aangetoond significante kathode prestatievermindering tijdens langdurige blootstelling als gevolg van ongewenste samengestelde vorming op de kathode en elektrolyten interface die de zuurstof reductie reactie vertragen ( ORR). We hebben een nieuwe methode getoond om de degradatie van de kathode te verzachten met behulp van chroom-getters die de gasfase chroom soorten vangen voordat het in de kathode kamer wordt ingenomen. Lage kosten getter materialen, gesynthetiseerd uit alkalische aarde en overgangsmetaal oxiden, zijn gecoat op het cordieriet honingraat substraat voor toepassing in de SOFC Power Systems. As-gefabriceerde getters zijn gescreend door Chromium-transpiratie tests voor 500 h in bevoficeerde lucht atmosfeer in aanwezigheid van chroom damp. Geselecteerde getters zijn verder gevalideerd met behulp van elektrochemische tests. Typisch, elektrochemische prestaties van SOFCs (lanthanum strontium manganite (LSM) ǁ yttria gestabiliseerd Zirkonia (YSZ) ǁ PT) werd gemeten bij 850 ° c in de aanwezigheid en afwezigheid van CR getter. Voor de 100 h-celtests met getters werd stabiele elektrochemische prestaties gehandhaafd, terwijl de celprestaties bij afwezigheid van CR-getters snel daalden in 10 uur. analyses van Nyquist-plots gaven een significante toename van de polarisatie weerstand binnen de eerste 10 h van de celwerking. Karakterisering resultaten van NAtest SOFCs en getters hebben aangetoond dat de hoge efficiëntie van chroom opname voor de beperking van de celdegradatie.

Introduction

Solid oxide fuel cell (SOFC)-energiesysteem, een direct elektrochemisch conversie hulpmiddel voor hoge temperaturen, biedt een milieuvriendelijk traject om elektriciteit te genereren uit een breed scala aan fossiele en hernieuwbare brandstoffen. SOFC-technologie vindt zijn toepassingen in gecentraliseerde en gedistribueerde energieopwekkings gebieden¹. Deze technologie is gebaseerd op elektrochemische omzetting van chemische energie opgeslagen in de brandstoffen in elektriciteit. Talrijke voordelen worden aangeboden door SOFCs in termen van hoge energie-efficiëntie, hoge kwaliteit warmte, gemak van modulariteit, en geen of verwaarloosbare Carbo....

Protocol

1. synthese van chroom getter

1. Synthetiseren precursor poeder met behulp van alkalische aarde en overgang metaaloxide zouten via conventionele coprecipitation syntheseroute zoals afgebeeld in Figuur 1¹⁶.
   1. Bereid een stamoplossing met 50,33 g Strontiumnitraat SR (nr.₃)₂ en 43,97 g nikkel nitraat HEXAHYDRAAT ni (nr.₃)₂. 6h₂O om 2,4 M oplossingen te bereiden in 100 ml gedeïoniseerd water.
   2. Gebruik 9 mL 2,4 M SR (nr.₃)₂ en voeg toe met 7 ml 2,4 M oplossing van ni (No₃)₂. 6h₂O, gevolgd ....

Results

Een CR transpiratie experiment is een screeningstest voor de selectie van CR getters. CR transpiratie Setup werd gebruikt om de prestaties van chroom getter onder de gebruiksomstandigheden van de SOFC te valideren. Experimenten werden uitgevoerd in de aanwezigheid van een chroom getter uitgevoerd bij 850 ° c in bevoficeerde (3% H₂O) lucht voor 500 H. visuele waarnemingen tijdens CR-transpiratie tests gaven aan dat de elleboog van de uitlaat tijdens 500 uur significant verkleurd.......

Discussion

De experimentele resultaten tonen duidelijk de effectiviteit aan van chroom-getters tijdens lange-termijn chroomtranspiratie tests en elektrochemische tests. De aanwezigheid van getters met succes vermindert de verontreiniging van de elektrode die anders zou leiden tot een snelle toename van de polarisatie weerstand en elektrochemische prestatie degradatie.

De vorming van gasfase chroom soorten van chromie wordt begunstigd en versterkt met een toename van de waterdamp concentratie (vochtigheid.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sr(NO3)2	Sigma-Aldrich	243426	Getter precursor materiaal
Ni(NO3)2-6H2O	Alfa Aesar	A15540	Getter precursor materiaal
NH4OH	Alfa Aesar	L13168	Getter precursor materiaal
Pt ink	ESL ElectroScience	5051	Stroomverzamelaar pasta
Pt draad	Alfa Aesar	10288	Stroomverzamelaar draad
Pt gaas	Alfa Aesar	40935	Stroomverzamelaar
Cr2O3 poeder	Alfa Aesar	12286	Chroombron
Salpeterzuur (HNO3)	Sigma-Aldrich	438073	Chroomextractie
Kaliumpermanganaat (KMnO4)	Alfa Aesar	A12170	Chroomextractie
LSM pasta	Fuelcellmaterials	18007	Kathode
YSZ elektrolyt	Fuelcellmaterials	211102	Elektrolyt
Alumina vezelplaat	Zircar	GJ0014	Getter substraat
Ceramabond pasta	AREMCO	552-VFG	Voor celverzegelding
ICP-MS (7700s)	Agilent	NA	Voor Cr analyse
Potentiostaat (VMP3)	Biologic	NA	Voor EIS/I-t meting
FIB (Helios Nanolab 460F1)	FEI	NA	Voor Nano-steekproef voorbereiding
TEM (Talos F200X S/TEM)	FEI	NA	Voor samenstellingsanalyse