Method Article

Opracowanie i walidacja getterów chromu do systemów zasilania ogniwami paliwowymi ze stałym tlenkiem

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

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

Zatrucie katodą spowodowanymi śladowymi poziomami zanieczyszczeń w powietrzu pozostaje głównym problemem dla długoterminowej stabilności wysokotemperaturowych systemów elektrochemicznych. Zapewniamy nowatorską metodę łagodzenia degradacji katody za pomocą getterów, które wychwytują zanieczyszczenia unoszące się w powietrzu w wysokiej temperaturze przed wejściem do elektrochemicznie aktywnego obszaru komina.

Abstract

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

Degradacja katody w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC) pozostaje głównym problemem dla długoterminowej stabilności działania i niezawodności działania. Obecność form chromu w fazie gazowej w powietrzu wykazała znaczne pogorszenie wydajności katody podczas długotrwałej ekspozycji z powodu niepożądanego tworzenia się związków na granicy faz katody i elektrolitu, co opóźnia reakcję redukcji tlenu (ORR). Pokazaliśmy nową metodę łagodzenia degradacji katody za pomocą getterów chromu, które wychwytują gatunki chromu w fazie gazowej przed jego spożyciem w komorze katody. Niskokosztowe materiały getterowe, syntetyzowane z ziem alkalicznych i tlenków metali przejściowych, są powlekane na podłożu o strukturze plastra miodu kordierytowego do stosowania w systemach zasilania SOFC. Gettery pofabryczne zostały przebadane testami transpiracji chromu przez 500 godzin w wilgotnej atmosferze powietrza w obecności par chromu. Wybrane gettery zostały poddane dalszej walidacji za pomocą testów elektrochemicznych. Zazwyczaj wydajność elektrochemiczną SOFC (lantan, stront, manganit, (LSM) ǁ, tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru (YSZ) ǁ Pt) mierzono w temperaturze 850 °C w obecności i bez gettera Cr. W przypadku 100-godzinnych testów ogniw zawierających gettery utrzymano stabilną wydajność elektrochemiczną, podczas gdy wydajność ogniwa przy braku getterów Cr gwałtownie spadła w ciągu 10 godzin. Analizy wykresów Nyquista wykazały istotny wzrost rezystancji polaryzacji w ciągu pierwszych 10 godzin pracy ogniwa. Wyniki charakterystyki posttestowych SOFC i getterów wykazały wysoką skuteczność wychwytywania chromu w łagodzeniu degradacji komórek.

Introduction

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

System zasilania ogniwami paliwowymi ze stałym tlenkiem (SOFC), wysokotemperaturowe urządzenie do bezpośredniej elektrochemicznej konwersji energii, oferuje przyjazną dla środowiska ścieżkę wytwarzania energii elektrycznej z szerokiej gamy paliw kopalnych i odnawialnych. Technologia SOFC znajduje swoje zastosowanie zarówno w scentralizowanych, jak i rozproszonych obszarach wytwarzania energii1. Technologia ta opiera się na elektrochemicznej konwersji energii chemicznej zgromadzonej w paliwach na energię elektryczną. Ogniwa SOFC oferują wiele zalet w zakresie wysokiej efektywności energetycznej, wysokiej jakości ciepła, łatwości modułowości oraz braku lub znikomego śladu węglowego2. Kilka pojedynczych ogniw SOFC jest połączonych szeregowo lub równolegle (a mianowicie stosy SOFC) w celu uzyskania pożądanego napięcia wyjściowego. Stosy SOFC składają się z takich komponentów, jak gęsty elektrolit, porowate elektrody, połączenia (IC) i uszczelki3,4. Anoda i katoda sąsiednich ogniw są połączone za pomocą układu scalonego, który nie tylko służy jako separator zapobiegający mieszaniu się utleniacza z paliwem, ale także zapewnia połączenie elektryczne między sąsiednią anodą a katodą5.

Ulepszenia w ciągu dziesięcioleci badań i rozwoju w inżynierii materiałowej doprowadziły do obniżenia temperatury roboczej dla SOFC, umożliwiając zastąpienie materiałów ceramicznych niedrogimi stopami stali nierdzewnej do produkcji elektrochemicznie aktywnych komponentów ogniw i stosów oraz podsystemów równowagi zakładu (BOP). Dostępne na rynku ferrytyczne i austenityczne stale nierdzewne są wykorzystywane do wytwarzania elementów systemu ze względu na ich niski koszt, dopasowany współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) oraz odporność na utlenianie i korozję w wysokich temperaturach roboczych6. Tworzenie się zgorzeliny tlenkowej pasywacyjnej typu Cr2O3 na powierzchni stopu działa jak warstwa barierowa przed wewnętrzną dyfuzją tlenu z powietrza lub dyfuzją na zewnątrz kationów ze stopu luzem7.

W obecności nawilżonego powietrza, Cr2O3 ulega znaczącej przemianie chemicznej, co prowadzi do powstawania uwodnionych par chromu w temperaturach roboczych SOFC. Gazowa para chromu jest następnie przenoszona przez strumień powietrza do katody, co prowadzi do reakcji powierzchniowych i międzyfazowych z materiałami katodowymi. Taka katoda doświadcza zarówno omowego, jak i nieomowego wzrostu polaryzacji i pogorszenia wydajności elektrycznej. Szczegóły dotyczące mechanizmów degradacji katody zostały zilustrowane w innym miejscu8,9,10.

Najnowocześniejsze metody redukcji lub eliminacji powyższych procesów degradacji katody zazwyczaj polegają na modyfikacjach składu chemicznego stopu, zastosowaniu powłoki powierzchniowej i zastosowaniu katod odpornych na chrom11,12. Chociaż techniki te wykazały zmniejszenie degradacji katody w wyniku interakcji par Cr (a mianowicie zatrucia Cr) w perspektywie krótkoterminowej, długoterminowa skuteczność dla stabilności działania pozostaje problemem, głównie ze względu na pękanie i spalanie w powłoce oraz dyfuzję kationów.

Pokazaliśmy nowatorską metodę łagodzenia problemu zatrucia chromem poprzez wychwytywanie przychodzących oparów chromu, zanim zareagują one z materiałami katodowymi13. Gettery zostały zsyntetyzowane z tanich ziem alkalicznych i tlenków metali przejściowych przy użyciu konwencjonalnych technik obróbki ceramicznej. Zaletą kosztową tego podejścia jest wykorzystanie materiałów nieszlachetnych i niestrategicznych, a także konwencjonalnych metod przetwarzania do wytwarzania getterów w celu złagodzenia degradacji katody wynikającej z zanieczyszczeń unoszących się w powietrzu. Rozmieszczenie gettera może być dostosowane do wychwytywania oparów chromu powstających ze składników BOP lub może być również dostosowane do umieszczenia w elektrochemicznie aktywnych składnikach stosu14,15. W tym miejscu przedstawiamy metody walidacji getterów chromu za pomocą transpiracji i testów elektrochemicznych. Zademonstrowane zostaną również wyniki konfiguracji eksperymentalnej i charakterystyki, aby pokazać skuteczność gettera i mechanizmy wychwytywania Cr na getterze w typowych warunkach pracy SOFC.

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

Protocol

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

1. Synteza gettera chromu

  1. Zsyntetyzuj proszek prekursorowy przy użyciu ziem alkalicznych i soli tlenków metali przejściowych za pomocą konwencjonalnej ścieżki syntezy współstrącania, jak pokazano w Rysunek 116.
    1. Przygotować roztwór podstawowy, używając 50,33 g azotanu strontu Sr(NO3)2 i 43,97 g sześciowodnego azotanu niklu Ni(NO3)2,6H2 O, w celu przygotowania roztworów 2,4 M w100 ml wody dejonizowanej.
    2. Użyć 9 ml 2,4 M Sr(NO3)2 i dodać 7 ml 2,4 M roztworu Ni(NO3)2,6H2 O, a następnie wymieszać zmieszany roztwór i podgrzaćdo 80 °C.
    3. Dodać 30 ml 5 M NH4OH, aby zwiększyć pH do 8,5 w celu wytrącenia, a następnie wysuszyć roztwór w suchym piecu i upewnić się, że cała woda wyparuje, aż do zaobserwowania niebieskiego woskowego związku. Wypłucz proszek w wodzie demineralizowanej, aby upewnić się, że resztki azotanu amonu zostały usunięte przez filtrację. Na koniec suszyć proszek w temperaturze 120 °C przez 2 godziny.
      Uwaga: W ten sposób powstanie proszek prekursorowy dla gettera tlenku strontu i niklu (SNO).
  2. Rozpuść proszek w wodzie, aby przygotować zawiesinę.
  3. Zanurzyć podłoże kordierytowe w gnojowicy w celu powlekania zanurzeniowego, a następnie suszyć na powietrzu w temperaturze ~120 °C przez co najmniej 2 godziny z szybkością narastania 5 °C.
  4. Kalcynować podłoże w powietrzu w temperaturze 650 °C przez 12 godzin z szybkością narastania 5 °C w celu wytworzenia gettera SNO.

2. Badanie przesiewowe gettera chromu za pomocą testu transpiracji Cr

  1. Skonfiguruj eksperyment zgodnie z ilustracją Rysunek 2a do walidacji metod pobierających Cr.
    1. Umieścić 2 gramy spiekanego tlenku chromu (1 200 °C, 2 h) jako źródło chromu w rurze kwarcowej.
      Uwaga: rurka kwarcowa jest specjalnie zaprojektowana z dyfuzorem wewnątrz (pokazanym na Rysunek 2), aby zapobiec dyfuzji wstecznej oparów chromu podczas pracy. Wymiary wykonanego wkładu getter są zgodne ze średnicą wewnętrzną rurki kwarcowej. Kaseta pobierająca jest umieszczona pomiędzy źródłem chromu a kolankiem wylotowym (pokazanym na Rysunek 2).
    2. Sprężone powietrze przepływa z natężeniem przepływu 300 sccm przez regulator przepływu masowego (MFC). Bąbelkować powietrze w wodzie o temperaturze pokojowej, aby upewnić się, że wilgotność wynosi 3% H2O. To nawilżone powietrze przechodzi przez granulki chromu, odparowuje opary chromu i przepływa przez getter.
      Uwaga: Agregat chłodniczy i skraplacz są umieszczone na wylocie zestawu do transpiracji, aby umożliwić kondensację pary zawierającej chrom, która osadza się na kolanku wylotowym (w strefie niskiej temperatury).
    3. Umieść dodatkowe butelki do płukania przed odpowietrzeniem gazu na wylocie, aby upewnić się, że odparowany chrom został wychwycony.
    4. Po zakończeniu konfiguracji przeczyść rurkę powietrzem przez co najmniej 1 godzinę, aby upewnić się, że nie ma wycieków ani zanieczyszczeń.
    5. Uruchom piec, aby nagrzał się do żądanej temperatury (na przykład 850 °C w tym przypadku) i przytrzymaj go tam przez 500 godzin.
    6. Monitoruj zmianę koloru kolanka wylotowego i rejestruj wszelkie przebarwienia spowodowane osadzonymi związkami chromu.
    7. Po zakończeniu testu obniż temperaturę pieca z powrotem do temperatury pokojowej (RT). Wyłącz dopływ powietrza, aż temperatura pieca osiągnie RT.
    8. Usuń próbkę pobierającą do analiz i charakterystyki po teście.
  2. Analiza ilościowa form chromu metodą spektroskopii mas w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ICP-MS)
    Uwaga: Przygotowanie próbki ICP-MS do testu po transpiracji Cr17.
    1. Umyć osadzony chrom ze szklanego kolanka, skraplacza, butelek do mycia i rurek kwarcowych za pomocą 20% kwasu azotowego w celu ekstrakcji chromu po przeprowadzeniu testu transpiracji przez 500 godzin.
    2. Zdeponowany chrom ekstrahować rozpuszczając go w 20% kwasie azotowym (HNO3) przez 12 godzin.
    3. Następnie usunąć wszelkie nierozpuszczone gatunki chromu ze szklanej ścianki przez rozpuszczenie w alkalicznym roztworze nadmanganianu potasu po podgrzaniu w temperaturze 80 °C.
      Uwaga: W tym kroku przekształć dowolne częściowo nieprzereagowane gatunki Cr3+ na gatunki Cr6+.
    4. Przeanalizować ślepą próbkę wody DI i kwasu azotowego za pomocą ICP-MS.
    5. Podzielić każdą próbkę na trzy części do analizy ICP-MS i podać wartość średnią.

3. Elektrochemiczna walidacja gettera chromu przy użyciu ogniw SOFC z getterem i bez niego

  1. Produkcja ogniw i badania elektrochemiczne getterów Cr w trybie operacyjnym18,19
    1. Wytwarzanie SOFC poprzez sitodruk pasty LSM na powierzchni elektrolitu YSZ (Rysunek 3a).
    2. Spiekać nałożony tusz LSM w temperaturze 1 200 °C przez 2 godziny, podgrzewany z szybkością narastania 3 °C/min.
    3. Użyj elektrody Pt jako anody. Podłącz Pt na dysku YSZ (po stronie anody) jako elektrodę odniesienia, a następnie przymocuj gazę Pt i druty Pt do krążka elektrolitu YSZ za pomocą atramentu Pt, a następnie utwardź SOFC w temperaturze 850 °C przez 2 godziny z szybkością narastania 3 °C/min.
    4. Przeprowadź trzy odrębne eksperymenty z użyciem trzech identycznych SOFC (tj. komórki a, b i c), aby potwierdzić skuteczność getterów i wykazać zatrucie chromem bez gettera.
      Uwaga: upewnij się, że używasz identycznych warunków testowych do symulacji nominalnych warunków pracy SOFC wynoszących 850 °C i utrzymuj powietrze anodowe (suche) we wszystkich testach na poziomie 150 sccm.
    5. Zamontuj Cell-a w reaktorze rurowym przy braku źródła chromu za pomocą pasty do uszczelnienia. Podgrzewać piec z szybkością narastania 5 °C/min do temperatury zaprojektowanej (na przykład: 850 °C w tym badaniu). Następnie przeprowadź 3% H2O/powietrze (na przykład 300-500 sccm) do katody LSM.
    6. Zmierz wydajność elektrochemiczną SOFC za pomocą wielokanałowego potencjostatu9.
    7. Rejestruj prąd ogniwa co minutę z polaryzacją 0,5 V przyłożoną między katodą a elektrodą odniesienia.
    8. Przeprowadzić analizy elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) między katodą a elektrodą odniesienia przy użyciu trybu trzech elektrod w zakresie częstotliwości od 0,5 Hz do 200 kHz z amplitudą zatokową 10 mV w odstępie 1 h. Po 100-godzinnym teście schłodzić piec do temperatury pokojowej i pobrać Cell-a do charakteryzacji.
    9. Umieść 2 gramy granulek tlenku chromu (Cr2O3) (źródło pary chromu) w porowatym pojemniku w stałej strefie grzewczej rurki z tlenku glinu. Zamontuj Cell-b w reaktorze rurowym za pomocą pasty do uszczelniania. Podgrzewaj piec z prędkością 5 °C/min do 850 °C. Następnie przepuść nawilżone powietrze (na przykład 300-500 sccm) przez granulki chromu i zapewnij stałe wytwarzanie gatunków par chromu9.
    10. Powtórz kroki 3.1.6 – 3.1.8. Po 100-godzinnym teście schłodzić piec do temperatury pokojowej i pobrać Cell-b do charakteryzacji.
    11. Umieść 2 gramy granulek tlenku chromu (Cr2O3) (źródło pary chromu) w porowatym pojemniku w stałej strefie grzewczej rurki z tlenku glinu. Umieść pobieracz chromu nad źródłem chromu. Zamontuj Cell-c na górze reaktora rurowego za pomocą pasty do uszczelniania. Podgrzewać piec z szybkością narastania 5 °C/min do temperatury zaprojektowanej (na przykład: 850°C w tym badaniu). Następnie przeprowadź 3% H2O/powietrze (na przykład 300-500 sccm) do katody LSM.
    12. Powtórz kroki 3.1.6 – 3.1.8. Po 100-godzinnym teście schłodzić piec do temperatury pokojowej i pobrać Cell-c do charakteryzacji.
  2. Charakterystyka morfologiczna i chemiczna pobieracza po teście
    Uwaga: Charakterystykę posttestową przeprowadza się przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej sprzężonej ze spektroskopią dyspersji energii i skaningową transmisyjną mikroskopią elektronową (STEM) sprzężoną z analizami EDS. Technologie skoncentrowanej wiązki elektronów i jonów (FIB) zostały wykorzystane do przygotowania próbek w nanoskali.
    1. Przeanalizuj mikrostruktury składnika ogniwa przez szczelinowanie po teście elektrochemicznym. Użyj instrumentu SEM do analizy morfologicznej. Upewnij się, że analizowane są zarówno morfologie, jak i skład chemiczny powierzchni katody LSM oraz granicy faz LSM/YSZ13,14
      1. Przed przeprowadzeniem analizy SEM należy przygotować próbki poprzez napylanie folii złota (Au), aby upewnić się, że powierzchnia próbki jest przewodząca (unikanie ładunku na powierzchni próbki). W komorze powlekania panowała próżnia (< 50 mm Torr). Przyłożony prąd wynosił 40 mA, a czas powlekania wynosił 1 min.
      2. Przeprowadzić ilościowy rozkład pierwiastków przy użyciu techniki spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS). Odległość między próbką a dolną nabiegunnikiem w systemie SEM ustalono na 10 mm. Do analizy SEM i EDS zastosowano napięcie 20 KV.
    2. Przeprowadzenie analiz chemicznych, strukturalnych i morfologicznych gettera chromu przy użyciu techniki SEM-EDS w celu uzyskania profilu wychwytywania chromu w kanałach pobierających.
      1. Przygotuj próbkę pobierającą po teście, przecinając próbkę pobierającą na pół za pomocą noża.
      2. Powtórz krok 3.1.1.1, aby pokryć przewodzące złote warstwy na powierzchni gettera.
      3. Powtórz krok 3.2.1.2. Upewnij się, że szczegółowe analizy EDS zostały przeprowadzone od wlotu gettera w kierunku wylotu wzdłuż kanału centralnego, jak pokazano na Rysunek 2b. Użyć % masy (wag.) całkowitego chromu mierzonego w stosunku do długości kanału, aby wykreślić profil chromu.
    3. Przeprowadzenie dogłębnych analiz chemicznych, strukturalnych i morfologicznych gettera chromu przy użyciu techniki FIB-STEM-EDS17,20.
      1. Powtórz krok 3.1.1.1, aby pokryć przewodzące złote warstwy na powierzchni gettera.
      2. Załaduj próbkę do instrumentu FIB-STEM, wybierz obszar zainteresowania (ROI) do ekstrakcji próbki, nałóż cztery warstwy Pt, aby oznaczyć i zabezpieczyć próbkę (typowy obszar o długości 30 μm × szerokości 15 μm).
      3. Frezuj kanały wokół powyższego ROI za pomocą belki FIB, aż pozostanie pasek przypominający most. Następnie wykonaj kliny po obu stronach paska, aby upewnić się, że głębokość jest wystarczająca do analizy (typowa głębokość to 10-20 μm).
      4. Zamontuj na igłę mikromanipulatora i przetnij próbkę FIB poprzez mielenie za pomocą wiązki jonów o prądzie 15 nA. Następnie podnieś próbkę FIB z próbki pobierającej masowo do uchwytu siatki FIB-STEM, który jest prostopadły do wiązki elektronów. Po tym, jak próbka dotknie siatki we właściwej pozycji, Pt jest osadzany za pomocą prądu wiązki jonów o wartości 0,5 nA w celu połączenia próbki z siatką.
      5. Spraw, aby próbka była cieńsza za pomocą prądu FIB o natężeniu około 20 pA przy 2 kV, aby uzyskać próbkę o grubości 50-60 nm. Końcowe oczyszczanie próbki odbywa się również za pomocą mielenia argonem przy bardzo niskim natężeniu prądu (0,5 pA przy 1 kV).
      6. Przeprowadź mapowanie STEM-EDS powyższej próbki pobierającej. Skaningowy transmisyjny mikroskop elektronowy pracował pod napięciem 200 kV. Uzyskano obraz High Angle Annular Dark Field (HAADF) wybranego obszaru na próbce pobierającej i wykonano mapy pierwiastkowe odpowiednich pierwiastków (takich jak Cr i Sr).

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

Results

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

Eksperyment z transpiracją Cr to test przesiewowy dla selekcji getterów Cr. Konfiguracja transpiracji Cr została wykorzystana do walidacji wydajności gettera chromu w warunkach pracy SOFC. Doświadczenia prowadzono w obecności gettera chromu pracującego w temperaturze 850 °C w wilgotnym (3%H2O) powietrzu przez 500 godzin. Obserwacje wizualne podczas badań transpiracji Cr wykazały znaczne przebarwienie kolanka wylotowego w ciągu 500 h przy braku gettera. Jednak umieszczenie gette...

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

Discussion

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

Wyniki eksperymentów jednoznacznie wskazują na skuteczność getterów chromu podczas długotrwałych testów transpiracji chromu i testów elektrochemicznych. Obecność getterów skutecznie łagodzi zanieczyszczenie elektrody, które w przeciwnym razie doprowadziłoby do szybkiego wzrostu rezystancji polaryzacji i pogorszenia wydajności elektrochemicznej.

Tworzenie się form chromu w fazie gazowej z chromu jest korzystne i wzmacniane wraz ze wzrostem stężenia pary wodnej (poziomu wilgotności)

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe od Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (US DOE) w ramach federalnego grantu DE-FE-0023385. Z wdzięcznością przyjmujemy dyskusję techniczną z dr Rinem Burke i dr Shaileshem Vorą (National Energy Technology Laboratory). Doktorzy Amit Pandey (LG Fuel Cells, Canton OH), Jeff Stevenson i Matt Chou (Pacific Northwest National Laboratory, Richland WA) zostali docenieni za pomoc w długoterminowej walidacji wydajności getterów. Autorzy dziękują Uniwersytetowi Connecticut za zapewnienie wsparcia laboratoryjnego. Dr Lichun Zhang i pani Chiying Liang są wdzięczni za dyskusję techniczną i pomoc w eksperymentach.

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-Aldrich243426prekursorowy Getter
Ni(NO3)2-6H2OAlfaAesar A15540Materiał prekursora Getter
NH4 OHAlfa AesarL13168Materiał prekursora gettera
Pt atramentESL ElectroScience5051Pasta odbieraka prądu
Drut PtAlfa Aesar10288Przewód odbieraka prądu
Pt gauseAlfa Aesar40935Odbierak
prąduCr2O3 proszekAlfa Aesar12286Źródło chromu
Kwas azotowy (HNO3)Sigma-Aldrich438073Ekstrakcja chromu
Nadmanganian potasu (KMnO4)Alfa AesarA12170Ekstrakcja chromu
Pasta LSMFuelcellmaterials18007Katoda
YSZ elektrolitMateriały ogniw paliwowych211102Elektrolit
Płyta pilśniowa z tlenku glinuZircarGJ0014Podłoże getterowe
Pasta CeramabondAREMCO552-VFGDo uszczelniania komórek
ICP-MS (7700s)AgilentNADo analizy Cr
Potencjostat (VMP3)BiologicNADo pomiaru EIS/I-t
FIB (Helios Nanolab 460F1)FEINADo przygotowania nanopróbek
TEM (Talos F200X S/TEM)FEINADo analizy składu
materiał

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 review of an environmentally clean and efficient source of energy. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 6, 433-455 (2002).
  3. Mahato, N., Banerjee, A., Gupta, A., Omar, S., Balani, K. Progress in material selection for solid oxide fuel cell technology: A review. Progress in Materials Science. 72, 141-337 (2015).
  4. Brandon, N. P., Skinner, S., Steele, B. C. H. Recent advances in materials for fuel cells. Annual Review of Materials Research. 33, 183-213 (2003).
  5. Piccardo, P., Amendola, R. SOFC ’ s Interconnects Materials Development. Aisofc. , 189-194 (2009).
  6. Yang, Z., Xia, G. -G., Maupin, G. D., Stevenson, J. W. Conductive protection layers on oxidation resistant alloys for SOFC interconnect applications. Surface and Coatings Technology. 201, 4476-4483 (2006).
  7. Aphale, A. N., Hu, B., Reisert, M., Pandey, A., Singh, P. Oxidation Behavior and Chromium Evaporation From Fe and Ni Base Alloys Under SOFC Systems Operation Conditions. JOM. , (2018).
  8. Matsuzaki, Y., Yasuda, I. Electrochemical properties of a SOFC cathode in contact with a chromium-containing alloy separator. Solid State Ionics. 132, 271-278 (2000).
  9. Hu, B., et al. Experimental and thermodynamic evaluation of La1−xSrx MnO3±δ and La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ cathodes in Cr-containing humidified air. International Journal of Hydrogen Energy . 42, 10208-10216 (2017).
  10. Aphale, A. N., Liang, C., Hu, B., Singh, P. Solid Oxide Fuel Cells Lifetime and Reliability: Critical Challenges in Fuel Cells. Brandon, N. , Academic Press. 102-114 (2017).
  11. Chen, K., et al. Highly chromium contaminant tolerant BaO infiltrated La 0.6 Sr 0.4Co 0.2 Fe 0.8 O 3−δ cathodes for solid oxide fuel cells. Physical Chemistry Chemical Physics. 17, 4870-4874 (2015).
  12. Zhen, Y. D., Tok, A. I. Y., Jiang, S. P., Boey, F. Y. C. La(Ni,Fe)O3 as a cathode material with high tolerance to chromium poisoning for solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources. 170, 61-66 (2007).
  13. Aphale, A., et al. Synthesis and stability of SrxNiyOz chromium getter for solid oxide fuel cells. Journal of the Electrochemical Society. 165, (2018).
  14. Aphale, A., Hu, B., Singh, P. Low-Cost Getters for Gaseous Chromium Removal in High-Temperature Electrochemical Systems. Jom. , 2-8 (2018).
  15. Heo, S. H., Hu, B., Aphale, A., Uddin, M. A., Singh, P. Low-temperature chromium poisoning of SOFC cathode. ECS Transactions. 78, (2017).
  16. Liang, C., et al. Mitigation of Chromium Assisted Degradation of LSM Cathode in SOFC. ECS Transactions. 75, 57-64 (2017).
  17. Ge, L., et al. Oxide Scale Morphology and Chromium Evaporation Characteristics of Alloys for Balance of Plant Applications in Solid Oxide Fuel Cells. Metallurgical and Materials Transactions A. 44, 193-206 (2013).
  18. Hu, B., Mahapatra, M. K., Keane, M., Zhang, H., Singh, P. Effect of CO2 on the stability of strontium doped lanthanum manganite cathode. Journal of Power Sources. 268, 404-413 (2014).
  19. Hu, B., Keane, M., Mahapatra, M. K., Singh, P. Stability of strontium-doped lanthanum manganite cathode in humidified air. Journal of Power Sources. 248, 196-204 (2014).
  20. Li, C., Habler, G., Baldwin, L. C., Abart, R. An improved FIB sample preparation technique for site-specific plan-view specimens: A new cutting geometry. Ultramicroscopy. 184, 310-317 (2018).

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