Desenvolvimento e validação de cromo getters para sistemas de energia de células de combustível de óxido sólido

Summary

O envenenamento por cátodos de contaminantes aéreos em níveis de traço continua sendo uma grande preocupação para a estabilidade a longo prazo de sistemas eletroquímicos de alta temperatura. Nós fornecemos um método novo para mitigar as degradações do cátodos que usam getters, que capturam contaminadores aerotransportados na alta temperatura antes de incorporar a área eletroquimicamente ativa da pilha.

Abstract

A degradação de cátodos em células combustíveis de óxido sólido (SOFC) continua a ser uma grande preocupação para a estabilidade de desempenho a longo prazo e confiabilidade operacional. A presença de espécies de cromo de fase gasosa no ar demonstrou degradação significativa do desempenho de cátodos durante a exposição a longo prazo devido à formação de compostos indesejados na interface de cátodos e eletrólitos que retarda a reação de redução de oxigênio ( ORR). Nós demonstramos um método novo para mitigar a degradação do cátodos usando os getters do cromo que capturam as espécies da fase de gás do cromo antes que esteja ingerido na câmara do cátodos. Os materiais de baixo custo, sintetizados a partir da terra alcalina e óxidos metálicos de transição, são revestidos no substrato de favo de mel cordierite para aplicação nos sistemas de potência SOFC. Os getters como-fabricados foram selecionados por testes do transpiração do cromo para 500 h na atmosfera umidificada do ar na presença do vapor do cromo. Getters selecionados foram validados mais utilizando testes eletroquímicos. Tipicamente, o desempenho eletroquímico de sofcs (lantânio de estrôncio (LSM) Kx ítria estabilizado zircônio (YSZ) Kx pt) foi medido a 850 ° c na presença e ausência de CR getter. Para os testes da pilha de 100 h que contêm getters, o desempenho eletroquímica estável foi mantido, visto que o desempenho da pilha na ausência de CR getters diminuiu ràpida em 10 h. as análises de parcelas de Nyquist indicaram um aumento significativo na polarização resistência dentro dos primeiros 10 h da operação celular. Os resultados de caracterização de SOFCs pós-teste e getters demonstraram a alta eficiência da captação de cromo para a mitigação da degradação celular.

Introduction

O sistema de energia de célula de combustível de óxido sólido (SOFC), um dispositivo de conversão de energia eletroquímica direta de alta temperatura, oferece um caminho ambientalmente amigável para gerar eletricidade a partir de uma ampla variedade de combustíveis fósseis e renováveis. A tecnologia de SOFC encontra suas aplicações em áreas centralizadas assim como distribuídas da geração de energia¹. Esta tecnologia assenta na conversão eletroquímica da energia química armazenada nos combustíveis na eletricidade. Inúmeras vantagens são oferecidas por SOFCs em termos de alta eficiência energética, calor de alta qualidade, facilidade de modulari....

Protocol

1. síntese de cromo getter

1. Sintetizar o pó precursor utilizando sais de óxido metálico de terra alcalina e de transição através da rota de síntese de coprecipitação convencional conforme representado na Figura 1¹⁶.
   1. Prepare uma solução de estoque usando 50,33 g de nitrato de estrôncio Sr (NO₃)₂ e 43,97 g de nitrato de níquel Hexahidratado Ni (no₃)₂. 6h₂O a fim de preparar 2,4 M soluções em 100 ml de água de-ionizada.
   2. Use 9 mL de 2,4 M Sr (NO₃)₂ e acrescente com 7 ml de solução de 2,4 M de Ni (n º₃)

Results

Um experimento de transpiração de CR é um teste de triagem para a seleção de CR getters. Foi utilizada a configuração de transpiração de CR para validar o desempenho do getter de cromo as condições de operação do SOFC. As experiências foram conduzidas na presença de um getter do cromo operado em 850 ° c em umidificado (3% H₂O) ar para 500 H. as observações visuais durante os testes da transpiração do CR indicaram a descoloração significativa do cotovelo da tomada durante 500 H .......

Discussion

Os resultados experimentais demonstram claramente a eficácia de getters do cromo durante testes a longo prazo do transpiração do cromo e testes eletroquímica. A presença de getters atenua com sucesso a contaminação do elétrodo que de outra maneira conduziria ao aumento rápido na resistência da polarização e na degradação eletroquímica do desempenho.

A formação de espécies de cromo de fase gasosa da cromia é favorecida e reforçada com um aumento da concentração de vapor de água (nível de umidad.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sr(NO3)2	Sigma-Aldrich	243426	Getter precursor material
Ni(NO3)2-6H2O	Alfa Aesar	A15540	Getter precursor material
NH4 OH	Alfa Aesar	L13168	Material precursor do Getter
Pt ink	ESL ElectroScience	5051	Pasta de coletor
de correnteFio de Pt	Alfa Aesar	10288	Fio coletor de corrente
Pt gause	Alfa Aesar	40935	Coletor
de correnteCr2O3 em pó	Alfa Aesar	12286	Fonte
de cromoÁcido nítrico (HNO3)	Sigma-Aldrich	438073	Extração de cromo
Permanganato de potássio (KMnO4)Extração de	cromo Alfa Aesar	A12170
< forte> pasta LSM< / forte >	Fuelcellmaterials	18007	Cátodo
< forte > eletrólito YSZ < / forte >	Fuelcellmaterials	211102	eletrólito
< forte > placa de fibra de alumina < / forte >	Zircar	GJ0014	substrato Getter
< forte > pasta Ceramabond < / forte >	AREMCO	552-VFG	Para vedação de células
ICP-MS (7700s)	Agilent	NA	para análise de Cr
Potenciostato (VMP3)	Biologic	NA	para medição EIS/IT
FIB (Helios Nanolab 460F1)	FEI	NA	Para preparação de nanoamostras
TEM (Talos F200X S/TEM)	FEI	NA	Para análise de composição