Indringende en in kaart brengen van elektrode-oppervlakken in Solid Oxide Fuel Cells

Het doel van het volgende experiment is om het begrip van vaste oxide, brandstofcel of SOFC-elektrodereactie en degradatiemechanismen te bevorderen voor cellen die werken op koolwaterstof en zwavelverontreinigde brandstoffen. Hierdoor wordt inzicht verkregen in de rationele ontwerp van SOFC-materialen. Dit wordt bereikt door cellen te fabriceren met een werkende elektrode die bestaat uit een nikkelgaaselektrode ingebed in irea, gestabiliseerd zirkoniumoxide of YSC, en het elektrochemische prestatie- en stabiliteitsonderzoek van de cellen in koolwaterstof en waterstofsulfide bevattende brandstoffen.

Als tweede stap wordt Raman-spectroscopie uitgevoerd op de gaaselektrode onder zowel in situ U als XE twee condities, wat informatie geeft over de chemische soorten en fasen die betrokken zijn bij elektrodedegradatie, waar de degradatie plaatsvindt en hoe deze mogelijk kan worden voorkomen. Vervolgens worden scanning probe microscopietechnieken gebruikt om de elektrode te karakteriseren om elektrodedegradatie en oppervlaktemorfologie op de nanometer schaal te visualiseren. Het belangrijkste voordeel van deze technieken boven andere oppervlakte-analysemethoden, zoals elektronen-SPECT-prospies, is dat ze geen hoge vacuüm voor de werking nodig hebben.

Deze methoden kunnen helpen nuttige informatie te verzamelen op het gebied van vaste oxide brandstofcellen, zoals de aard van mechanismen die de elektrodeprestatie en -degradatie bepalen. De implicaties van die technieken strekken zich uit tot microscopische oscopie en energietransformatieprocessen. Daarom zouden ze van belang zijn voor volwassen wetenschappers, elektrochemici, speciale exemplaren en andere belangstellenden.

Deze onderwerpen, Hoewel deze technieken zijn ontwikkeld voor het onderzoeken en in kaart brengen van elektrodeoppervlakteprocessen in zoutoxide brandstofcellen. Ze kunnen ook worden toegepast op elektrochemische systemen zoals batterijen en supers. Om te beginnen met het fabriceren van de anodecel, weegt u twee batches van twee tienden van een gram YSZ-poeder af met behulp van een uniaxiale droge pers en een cilindrische roestvrijstalen mal.

13 millimeter in diameter comprimeert een batch YSZ-poeder met een druk van 50 megapascal gedurende 30 seconden. Snijd vervolgens een stuk van minder dan een centimeter grootte, 50 nikkelgaas geweven uit 50 micrometer draad, en plaats het op het oppervlak van de draad Z-schijf in de mal. Voeg vervolgens de andere twee tienden van een gram YSC-poeder bovenop het nikkelgaas in de mal en maak het oppervlak van het poeder plat met behulp van een ram.

Pers de nikkelgaassandwich tussen pakken YSC-poeder uniaxial en een druk van 300 MegaPath-schalen gedurende 30 seconden. Haal nu de geperste nikkel YSC-pellet uit de mal. Plaats de pellet in een zirkoniumcrucibel en plaats de crucibel in een horizontale buisoven met een stromende reducerende gasatmosfeer van 4% moleculair waterstof en 96% argon.

Brand de pellet 1.440 graden SIUs gedurende vijf uur nadat de elektrode is vervaardigd en afgekoeld. Slijp mechanisch een gezicht van de gecentreerde draad C van het monster af met behulp van zes micrometer diamantgrijt totdat het nikkelgaasoppervlak wordt onthuld. Blijf de blootgestelde nikkelgaasoppervlak polijsten met behulp van drie micrometer, één micrometer en 0,1 micrometer diamantmedia in een water-ethyleenglycolsuspensie gedurende ongeveer een minuut in elke polijstfase om een gaas met verhoogde coing-weerstand te produceren.

Na reiniging en droging, schik het monster en begraaf amidepoeder in de crucibel zodat ze elkaar niet raken. Brand vervolgens het monster 1.200 graden Celsius gedurende twee uur in een reducerende atmosfeer. Bereid het monster voor op elektrochemisch onderzoek door zilverpasta op het oppervlak van de draad C te borstelen, tegenover het nikkelgaas, om als tegenelektrode te fungeren.

Na het drogen, bevestigt u een opgerolde zilverdraad aan de tegenelektrode met behulp van zilverpasta en verbindt u een zilverdraad met een diameter van 0,2 millimeter met het nikkelgaas met behulp van zilverpasta op de punt. Nadat het monster opnieuw is gedroogd, verzegelt u de cel met het nikkelgaas bovenop een keramische celbevestigingsbuis van drie achtste van een inch met behulp van een remco-afdichting 5 5 2, ook bekend als cera bond. Nadat de afdichting is opgedroogd, verbindt u de geïsoleerde zilverdraden met de elektrodeleidingen.

Monteer vervolgens de celbevestiging in een buisvormige oven. Verbind de bevestiging met een gasleiding en bevestig de draden aan elektrochemisch testapparatuur. Bubbel vervolgens ultrazuiver moleculair waterstofgas door kamertemperatuurwater om het te bevochtigen tot 3% volume water.

Leidt dit bevochtigde gas met een snelheid van 50 standaard kubieke centimeter per minuut door de celbevestiging. Nadat de cel goed is verwarmd en de zilveren tegenelektrode is gecentreerd, roept u de cel op naar 767 graden Celsius voor elektrochemisch prestatieonderzoek. Zodra het onderzoek is voltooid en het monster is voorbereid voor karakterisering, bevestigt u de cel met behulp van tape of lijm aan de ramen-microscoopstandplaat met de mesh-anode naar boven gericht.

Met de laser gericht op een interface van nikkel en YSC-substraat, stelt u de ram en spectrometer in om spectra te verkrijgen van de kruispunten van een rechthoekig raster. Over het gebied van de interface met kruispunten gescheiden door twee micrometer, moeten de spectra worden gecentreerd rond het golfgetal dat overeenkomt met de gewenste Raman-modus. In dit geval wordt 980 inverse centimeters gekozen voor sulfiden van zwavel.

De volgende stap is om de intensiteit over de Raman-modus van belang voor elk spectra te integreren en te delen door een vlakke basislijn met hetzelfde spectrum, de relatieve intensiteit kan vervolgens in een contour en kleurenkaart worden geplot met betrekking tot de coördinaten. Om het coing van de anode te monitoren, gebruikt u zilverpasta om de draad C ingebed nikkelgaas te verzegelen op de rand van een harrick wetenschappelijke ramen hoge temperatuur reactiekamer podium gedraaid naar boven. Dek vervolgens de ramen-