Твердотопливный элемент оксида (SOFC) энергетическая система, высокая температура прямого электрохимического преобразования энергии устройство, предлагает экологически чистый путь для получения электроэнергии из широкого спектра ископаемых и возобновляемых видов топлива. Технология SOFC находит свое применение в централизованных, а также распределенных областях выработки электроэнергии1. Эта технология опирается на электрохимическое преобразование химической энергии, хранящейся в топливе, в электричество. Многочисленные преимущества предлагаются SOFCs с точки зрения высокой энергоэффективности, высокого качества тепла, легкости модульности, и нет или незначительные углеродные следы2. Несколько отдельных ячеек SOFC соединены в серии или параллельной моды (а именно sOFC стеки) для получения желаемого производительного напряжения. Стеки SOFC состоят из таких компонентов, как плотный электролит, пористые электроды, взаимосвязи (IC) и уплотнения3,4. Анод и катод соседних клеток соединены с помощью IC, который не только служит в качестве сепаратора для предотвращения любогосмешивания окислителя с топливом, но и обеспечивает электрическую связь между соседним анодом и катодом 5.
Улучшения на протяжении десятилетий исследований и разработок в области материалостроения привели к снижению рабочей температуры для SOFCs, что позволило заменить керамические материалы с недорогими сплавами из нержавеющей стали для изготовления электрохимически активные компоненты клеток и стеков и подсистемы баланса растений (BOP). Коммерчески доступные ферритные и астенитические нержавеющие стали используются для изготовления компонентов системы из-за их низкой стоимости, сопоставленного коэффициента теплового расширения (CtE) и устойчивости к окислению и коррозии при высоких эксплуатационных температурах 6. Формирование Cr2O3 типа пассивационного оксида шкалы на поверхности сплава действует как барьерный слой против внутренней диффузии кислорода из воздуха или внешнего диффузии катионов из навоза7.
В присутствии увлажненного воздуха Cr2O3 претерпевает значительные химические преобразования, ведущие к образованию гидратированных видов паров хрома при эксплуатационных температурах SOFC. Газообразный пар хрома впоследствии переносится по воздушному потоку в катод, ведущий к поверхностным и интерфейсным реакциям с катодными материалами. Такой катод испытывает как ohmic, так и неохмический рост поляризации и ухудшения электрической производительности. Подробная информация о механизмах деградации катода была проиллюстрирована в другом месте8,9,10.
Современные методы сокращения или устранения вышеуказанных процессов деградации катода обычно состоят из модификаций химии сплава, нанесения поверхностного покрытия и использования хрома толерантных катодов11,12. Хотя эти методы продемонстрировали снижение деградации катода из-за взаимодействия паров Cr (а именно Cr отравления) для краткосрочной, долгосрочной эффективности для стабильности производительности остается проблемой, в основном из-за трещин и распыления в пределах покрытие и интердифузирование катионов.
Мы продемонстрировали новый метод для смягчения проблемы отравления хромом путем захвата входящих паров хрома, прежде чем он реагирует с катодными материалами13. Геттеры были синтезированы из недорогих щелочных земляных и переходных оксидов металла с использованием обычных методов керамической обработки. Преимуществом этого подхода является использование неблагородных и нестратегических материалов, а также традиционных методов обработки для изготовления геттеров для смягчения деградации катодов, возникающих в результате загрязнения в воздухе. Размещение геттера может быть адаптирована для захвата пара хрома, вытекающих из компонентов BOP или он также может быть адаптирован, чтобы быть помещены в электрохимически активных компонентов стека14,15. Здесь мы представляем методы проверки хромовых геттеров с помощью транспирации и электрохимических тестов. Экспериментальные результаты настройки и характеристики также будут продемонстрированы, чтобы показать эффективность геттера и механизмы захвата Cr на геттере при типичных условиях работы SOFC.