Разработка и валидация хрома Геттеров для твердых оксидных топливных элементов power Systems

Summary

Отравление катодными веществами, загрязняющими веществами в воздухе, в следовых уровнях остается серьезной проблемой для долгосрочной стабильности высокотемпературных электрохимических систем. Мы предоставляем новый метод для смягчения деградации катода с помощью геттеров, которые захватывают загрязняющие вещества в воздухе при высокой температуре перед входом в электрохимически активную область стека.

Abstract

Деградация катода в твердом оксидном топливных элементах (SOFC) по-прежнему является серьезной проблемой для долгосрочной стабильности и эксплуатационной надежности. Присутствие газовых фазовых видов хрома в воздухе продемонстрировало значительное ухудшение производительности катода во время длительного воздействия из-за нежелательного образования соединений на катоде и электролитном интерфейсе, который тормозит реакцию снижения кислорода ( ORR). Мы продемонстрировали новый метод смягчения деградации катода с помощью хромовых геттеров, которые захватывают газ фазы хрома видов, прежде чем он попадает в катодной камере. Низкозатратные материалы для получения, синтезированные из щелочной земли и переходных оксидов металла, покрыты кордиетитовым сотовым субстратом для применения в энергетических системах SOFC. Как изготовленные геттеры были проверены хромом транспирации испытаний на 500 ч в увлажненных атмосфере воздуха в присутствии пара хрома. Выбранные геттеры были дополнительно проверены с использованием электрохимических тестов. Как правило, электрохимические характеристики SOFCs (lanthanum strontium manganite (LSM) и yttria стабилизировали цирконию (YS) и Pt) измерялись на 850 градусов по Цельсию в присутствии и отсутствии Cr getter. Для 100-яклеточных тестов, содержащих геттеры, сохранялась стабильная электрохимическая производительность, в то время как производительность клеток в отсутствие Cr getters быстро снижалась на 10 ч. Анализы участков Nyquist показали значительное увеличение поляризации сопротивление в течение первых 10 ч операции клетки. Результаты характеристик посттестных SOFCs и геттеров продемонстрировали высокую эффективность улавливания хрома для смягчения деградации клеток.

Introduction

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 электроэнергии^1. 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 н....

Protocol

1. Синтез хрома геттера

1. Синтезировать порошок прекурсора с использованием щелочной земли и переходных солей оксида металла через обычный маршрут синтеза coprecipitation, как показано на рисунке 1¹⁶.
   1. Подготовьте стоковое раствор с использованием 50,33 г нитрата стронция Sr (NO₃)₂ и 43,97 г г гексагидрата нитрата Ni (NO₃)₂.6H₂O для того, чтобы подготовить 2,4 М растворы в 100 мл деионированной воды.
   2. Используйте 9 мл 2,4 М Sr (NO₃)₂ и добавить с 7 мл 2,4 М раствор Ni (NO₃)₂.6H₂O, а....

Results

Эксперимент Cr транспирации является скрининг-тест для выбора Cr getters. Cr транспирации установки был использован для проверки производительности хрома getter в условиях работы SOFC. Эксперименты проводились в присутствии хромового геттера, работаемого при 850 градусах Цельсия в увлажнеем (3% Н₂О) воздухе на 500 ч. Визуальные наблюдения во время испытаний Cr transpiration показали значительное обесцвечивание локтя розетки в течение 500 ч при отсутствии Геттер. Однако размещен.......

Discussion

Экспериментальные результаты наглядно демонстрируют эффективность хромовых геттеров во время длительных испытаний транспирации хрома и электрохимических тестов. Наличие геттеров успешно смягчает загрязнение электрода, что в противном случае приведет к быстрому увеличению устойчивости к поляризации и снижению электрохимической производительности.

Формирование газовой фазы хромовых видов из хромии благоприятствует и усиливается с увеличением концентрации водяного пара (уровень влажности)

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sr(NO3)2	Sigma-Aldrich	243426	Getter прекурсор материал
Ni(NO3)2-6H2O	Alpha Aesar Aesar A15540		Getter precursor material
NH4 OH	Alfa Aesar	L13168	Материал предвестника геттера
Pt чернила	ESL ElectroScience	5051	Паста токосъемная
Pt провод	Alfa Aesar	10288	Провод токосъемника
Pt gause	Alfa Aesar	40935	Токосъемник
Cr2O3 порошок	Alfa Aesar	12286	Источник хрома
<сильно>азотная кислота (HNO3)	Sigma-Aldrich	438073	Экстракция хрома
<сильно>Перманганат калия (KMnO4)	Alfa Aesar Aesar A12170		Экстракция хрома
<сильная>LSM паста	>Топливные элементыматериалы	18007	Катод
<прочная>Электролит YSZ	Топливные элементыматериалы	211102	Электролит
<прочная>древесноволокнистая плита	Zircar	GJ0014	Геттерная подложка
<прочная>паста Ceramabond	AREMCO	552-VFG	Для герметизации ячеек
ICP-MS (7700s)	Agilent	NA	Для анализа Cr
Potentiostat (VMP3)	Biologic	NA	Для измерения EIS/I-t
FIB (Helios Nanolab 460F1)	FEI		NA Для подготовки нанообразцов
TEM (Talos F200X S/TEM)	FEI	NA	Для анализа состава