Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Исследование и картирование поверхности электродов в ТОТЭ

Published: September 20, 2012 doi: 10.3791/50161

Summary

Мы представляем уникальную платформу для характеристики поверхности электродов в твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), что позволяет одновременное выполнение нескольких методов характеристика (

Protocol

1. Изготовление YSZ встраиваемый сотовых анода Mesh

  1. Взвесить две порции по 0,2 г порошка YSZ.
  2. Сжать одну партию YSZ порошка в цилиндрической формы из нержавеющей стали (13 мм в диаметре) с одноосной сухой прессе под давлением 50 МПа в течение 30 сек.
  3. Вырезать <1-см кусок Ni сетку и поместите его на поверхность YSZ диска внутри формы.
  4. Добавить другие 0,2 г порошка YSZ в верхней части Ni-сетка внутри формы и выровнять поверхность порошка использованием оперативной памяти.
  5. Одноосно нажмите Ni сетка зажатая между пакетами порошка YSZ при давлении 300 МПа в течение 30 сек.
  6. Извлечение нажатии Ni / YSZ гранул из формы.
  7. Пожар осадок на 1440 ° C в течение 5 часов в тигле циркония помощью горизонтальной печи трубы с проточной атмосфере восстановительного газа (4% H 2 / BAL. Ar).

2. Экспозиция, полировки, и модификации электродов Mesh Ni

  1. Механиксоюз вкалывает одно лицо спеченного образца YSZ с помощью 6 мкм алмазное зерно, пока поверхность Ni сетки выявлено.
  2. Далее полировать открытой поверхности Ni сетки с использованием 3 мкм, 1 мкм и 0,1 мкм алмаз СМИ в воде / этиленгликоля подвески в течение приблизительно 1 мин на каждой полировки шаг.
  3. Ультразвуковой очистки полированного образца в ацетон, этанол и DI воды в течение 10 минут каждый.
  4. Высушите образец под чистым потоком сжатого воздуха.
  5. Для Ni сетка с увеличенным коксующегося сопротивление, огонь образца при 1200 ° C в течение 2 часов в восстановительной атмосфере в присутствии, но не в контакте, BaO порошка.

3. Подготовка и электрохимических испытаний Полный клетки

  1. Кисть-краска Ag пасты на противоположной поверхности образца YSZ от Ni-сетки в качестве контр-электрода.
  2. Присоединить провода гибкой Ag в борьбе с использованием электродов Ag пасты.
  3. После высыхания пасты Ag на SAMPLе при 120 ° C в духовке в течение 30 мин, подключить 0,2-мм Ag провод к Ni-Ag сетку, используя пасту на чаевых.
  4. Высушите образец снова при 120 ° С в духовке в течение 30 мин.
  5. Печать клетки (Ni сетку вниз) на вершине 3/8 дюйма керамические трубки прибора ячейки с помощью Aremco печать 552 (Ceramabond).
  6. Разрешить герметик высохнуть на воздухе в течение 2-4 часов.
  7. Соединение двух изолированных проводов серебро каждого из двух проводов электрода.
  8. Установить ячейку прибора в трубчатой ​​печи, подключить прибор к газовой линии, и прикрепить провода к соответствующим оборудованием тестирования электрохимической.
  9. Начать поступать ультра-высокой степени чистоты (99,999%) H 2 газа через ячейку прибора в размере 50 SCCM, газ должен быть пропускают через водой комнатной температуры, чтобы увлажнить газ до 3% об. H 2 O до входа в ячейке прибора.
  10. Нагрейте печь с установленной ячейки до 100 ° С в течение 2 ч, затем 260 ° C в течение 1 часа, а затем, наконец, 800 ° Cна наращивает скоростью 1 ° C при непрерывном течет Н 2 в течение всего отопления, чтобы избежать окисления Ni электроде. Первые два шага отопления для лечения Ceramabond.
  11. Держите ячейку в печи при температуре 800 ° C в течение 2 часов, чтобы позволить Ag противоположного электрода для агломерата.
  12. Охладить клетке слегка до 767 ° C для тестирования производительности электрохимической.
  13. После тестирования, осторожно удалите ячейку прибора из печи для закалки при комнатной температуре, продолжая течь увлажненной H 2. (Внимание: Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты для работы с очень горячей керамики, такие как тепловые перчатки и коврики)
  14. Снять ячейку от прибора для пост-характеристику, отсоединив провода электрода и тщательно разделения клетки от Ceramabond герметиком.

* На рисунке 1 представлена ​​схема YSZ встраиваемый ячейки сетки Ni, наряду с типичными фотографии и оптические микрофотографии встроенныйMesh.

* Для нашего исследования, клетки электрохимически характеризуется EG & G PAR потенциостате (модель 273а) в сочетании с Solartron 1255 HF частотной характеристики анализатора использованием CorrWare и ZPlot программного обеспечения (Scribner и Associates). Линейная вольтамперометрия развертки и постоянного напряжения амперометрии были использованы для характеристики ячейки производительности и импеданс-спектров были приобретены в диапазоне частот от 100 кГц до 0,1 Гц с амплитудой 10 мВ. Для серы исследовании отравлений, сертифицированной газовой смеси 100 частей на миллион H 2 S в H 2 смешивают в потоке горючего газа с чистой H 2, чтобы получить 20 страниц в минуту H 2 S / H 2 смеси.

4. После испытания комбинационного Spectromicroscopic карт

  1. Прикрепите образец клеток с сетчатым анодом вверх на комбинационного пластины столик микроскопа с лентой или клеем, чтобы предотвратить образца движения во время комбинационного анализа.
  2. Использование микроскопа и XYZ этапенайти границе раздела Ni сетки и YSZ подложки.
  3. Принесите лазера в фокусе путем переключения микроскопом фильтры и точная настройка Z координат сцены.
  4. Установить спектрометр комбинационного рассеяния для получения спектров в узлах прямоугольной сетки наложения области интерфейса с интервалом 2 мкм разделения узлов. Спектры должны быть сосредоточены вокруг волнового числа (ы), соответствующий комбинационного режима (ы) вида или фаза (ы) интересов. В этом случае, 980 см -1 выбрана для SO х.
  5. Для каждого спектра, интегрировать интенсивности по комбинационного режима (ы) интерес и разделить интенсивность плоским базовым с тем же спектром. Относительная интенсивность может быть построена в контурной / цвет карты в связи с ее координатами.

Комбинационного spectromicroscopy проводилось с использованием Renishaw RM1000 система оснащена Modu-Laser StellarPro 514 нм Ar-ионный лазер (5 мВт) и Thorlabs HRP170 633 нм гелий-неонового лазера (17 мВт). Система оснащена моторизованной этапе XYZ (До Научно H101RNSW) и 50Х объектив, которые вместе позволяют ~ 2 резолюции отображение мкм. Renishaw проволока 2,0 программного обеспечения был использован в сочетании с аппаратными средствами. Данные были обработаны с использованием MATLAB (MathWorks).

5. На месте комбинационного Мониторинг коксующегося 8

  1. Прикрепить YSZ встраиваемый Ni сетки образец комбинационного этапе камеру с помощью Ag паста с сеткой вверх.
  2. Нагрейте открытой камерой до 300 ° С в течение 1 часа, чтобы высохнуть и устранить подвески Ag пасты среды.
  3. Заглушка комбинационного камеры и прикрепить его к комбинационного столик микроскопа. Используйте микроскоп, чтобы найти Ni / YSZ интерфейс, как описано в протоколе 4.2.
  4. Начало течет 4% H 2 / Ar газа увлажненной водой барботер через камеру на ~ 100 SCCM.
  5. Нагрейте комбинационного камеры до 625 ° C.
  6. Принесите лазера в фокусеи сбор исходных комбинационного сканы из пятен на Ni сетки и YSZ субстрата в 150-2000 см -1.
  7. Представьте 3-5% C 3 H 8 в поток газа и сбора спектров комбинационного рассеяния от Ni через регулярные промежутки времени, а газ течет соблюдать осаждения углерода на поверхности в течение долгого времени (например, 15 часов).
  8. Охладите образец медленно (5 ° C / мин) в проточной 4% H 2 / Ar.

* На месте комбинационного анализ был проведен с помощью специального модифицированного Harrick Научно высокой температуры реакции chamber.The камера оснащена кварцевым окном крышки, газовые соединения, а линия охлаждения. Схема и фотография представлена ​​на рисунке 2.

ВНИМАНИЕ: Охлаждающая вода должна быть использована для защиты оптического микроскопа комбинационного рассеяния системы от нагрева!

6. Наноразмерных визуализации коксующегося с помощью АСМ и EFM

  1. Польские одной стороной 1 см х 1 мм квадратный купон никеля до класса 0,1 мкм, как описано в протоколе 2.2.
  2. В кварцевой трубке картонных печи, подвергать полированные купон никеля потока газа, содержащего 10% C 3 H 8 уравновешивается Ar при 550 ° С в течение 1 мин, газ должен быть пропускают через водой комнатной температуры, чтобы увлажнить газа до 3 % об. H 2 O до входа в кварцевую трубку.
  3. Удаление образца из печи. Осмотрите морфологии поверхности с помощью оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии.
  4. Установить образец на металлическую шайбу с помощью липкой ленты медной проводящей для АСМ и EFM исследования.
  5. Сбор морфологии изображение с помощью АСМ в Tapping Mode.
  6. Установка N-типа на основе Si АСМ (NSC16) или проводящих АСМ (CSC11/Cr-Au) на электрическую держателя (MMEFCH).
  7. Сканирование поверхности образца в "Lift Mode", в котором кончик сначала собирает топографическую информацию о своей первой поездке по всей поверхности образца и йан чувств фазовый угол на своей второй поездки для электростатического информация силу. Набор высоты подъема первоначально до 100 нм, и постепенно уменьшить это значение до примерно такое же значение шероховатости поверхности (20-30 нм).
  8. Через понятным интерфейсом между коксующихся и чистая область поверхности никеля, собирать серию linescans EFM при изменении образца смещения.
  9. Сравнивая EFM linescans при различных потенциалах смещения образца, определить напряжение, при котором контраст фазового угла переворачивается 21.
  10. Собери картинку с образцом смещения, 1-2В отрицательный относительно точки переключения, и другое изображение с образцом смещения, 1-2В положительное относительно точки переключения.
  11. Сравнивая изображения рельефа, а также два набора EFM изображений в различные предубеждения образца, получать карты распределения углерода и никеля фазы на образец. * Для нашего анализа СЗМ, Наноскоп Veeco IIIA система была использована. Схема принципа работы EFM анализа23, 24 показано на рисунке 3.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Сера Анализ отравлений

Показано на рисунке 4 типичных кривых IV и IP ячейки с электродами Ni сетку под H 2 и состояние 20 стр H 2 S. Очевидно, что введение даже несколько частей на миллион H 2 S может отравить Ni-YSZ анода и привести к значительному снижению производительности.

Для того, чтобы более интенсивно понять отравления поведение Ni-YSZ анода, AC импедансной спектроскопии ячейки проводили при разомкнутой цепи напряжения (ПХВ) условиях. Показано на рисунке 5 является Найквиста для клетки до и после анодной подвергались топлив, содержащих 0, 20 промилле H 2 S при 767 ° C. Два электрода сопротивление было использовано в этом исследовании, так как ячейки сопротивления доминирует, что рабочего электрода, электрода сравнения Поэтому не нужно. Сопротивление шоу спектров, что основная сопротивление осталось прежним WHИль поверхностное сопротивление резко возросло после того, как анод подвергается H 2 S-содержащих топливо.

Показано на рисунке 6 является типичным отравления и восстановления поведение клетки при 767 ° C до 20 частей на миллион H 2 S. Оба отравления и восстановительные процессы, кажется, конца и достичь устойчивого состояния в течение нескольких минут, что очень сильно отличается поведение от толстых Ni-YSZ аноды, которые ранее изучали, где гораздо дольше срок была необходима, особенно для процесса восстановления 25, 26.

Комбинационного отображение интенсивности была использована, чтобы получить больше информации о химических веществах о том, как поверхность электрода взаимодействует с серой в топливный газ. Рисунок 7 отображает оптические микрофотографии Ni / YSZ интерфейса наряду с комбинационного карту той же области построения интенсивности мода, связанная с SO х видов (интегральной интенсивности между 960-1000 см -1). Виды были exclusively наблюдаются на поверхности Ni и, как правило, сосредоточено более от TPBs.

На месте комбинационного анализа кокса на YSZ встраиваемый Ni Mesh

Рисунок 8а отображает оптические микрофотографии неизмененном электродов сетки Ni при 625 ° C в восстановительной атмосфере (для предотвращения нежелательного окисления Ni) непосредственно перед введением C 3 H 8. После C 3 H 8 потекли в камеру, спектры были собраны периодически от пятна на поверхности образца Ni сетки. Это место отмечено зеленым кругом на рисунке 8b, которая показывает сетку после 15 часов влажного C 3 H 8 экспозиции при 625 ° C. Углерод является только обнаруживается на поверхности сетки Ni; спектр собранных от подложки (красный квадрат) показывает только YSZ функций (рис. 8в). График изменения относительной интенсивности сигнала углерода в течение первых нескольких часов выставкахЮр времени показано на рис 8d. Интенсивность сигнала углерода увеличились углерода построены на поверхности Ni от коксования. Количество сигналу углерода в конечном итоге выровнялся после нескольких часов. Образце Ni сетки изменены BaO, как описано в протоколе 2,5 подвергали тех же экспериментальных условиях. Микрофотографии и спектров комбинационного рассеяния собраны с поверхности модифицированных образцов сетки в то же 15-часовой экспозиции марки, как 8b/8c Цифры приведены на рис 8e и рис 8f, соответственно. Carbon сигнал не обнаруживается даже на поверхности Ni в этом случае.

SPM анализ кокса на Ni

Неоднородные темные пятна образуются на поверхности Ni купон после его подвергали C 3 H 8-содержащего газа, которые изображены в образах SEM на рисунке 9. Показано на рисунке 10 являются AFM / EFM изображений Takан из обеих этих светлых и темных областях.

Рисунок 1
Рисунок 1. Принципиальная схема Ni-шаблон изготовления электродов ячейки и характеристика 27.

Рисунок 2
Рисунок 2. Схема экологического настройки камеры для на месте комбинационного анализа (слева) вместе с фотографией камеры (справа). Желтые трубы на фотографии, которые охлаждающей воды линий, которые не изображенные на схеме слева.

Рисунок 3
Рисунок 3. Схема принципа работы электростатической силовой микроскопии (EFM). (A) схематическое смещенияpplied на образец. (B) Угол сдвига фаз участка иглой АСМ по сравнению с частотой колебаний; сильное электростатическое взаимодействие берет на себя большую обезжирить в фазовый угол. (C) схема энергии электрона зонная диаграмма образца (никель и углерод) и чаевых, когда образец предвзято положительно относительно наконечника и (D), когда образец предвзято негативно относительно наконечника 28.

Рисунок 4
Рисунок 4. Типичная производительность ячейки действовали под чистую H 2 и H 2 с 20 млн H 2 S при 767 ° C 27.

Рисунок 5
Рисунок 5. Сопротивление спектров ячейки с чистой H 2 и H 2 с 20 млн H 2 S в качестве топлива измеряется в 767 ° C ООНдер разомкнутой цепи напряжения 27.

Рисунок 6
Рисунок 6. Типичные (A) отравления и (б) восстановление поведение клетки в H 2 с 20 млн H 2 S при 767 ° C работает на 0.75V 27.

Рисунок 7
Рисунок 7. Оптическая микрофотография углу узорной Ni сетки электродов в YSZ, который работает в H 2 S-содержащих топливо и выдерживают в воздухе в течение 18 дней (слева) вместе с комбинационного карта SO группы х в том же районе (правый ) 27.

Рисунок 8
Рисунок 8. (А) Оптические микрофотографии Ni сетки, встроенные в YSZ.(Б) То же встроенный Ni сетку после воздействия C 3 H 8-газа, содержащего в 625 ° C в течение 15 часов. (С) спектров комбинационного рассеяния, собранных в местах с пятнами отмечены (б) при 15-часовой отметке C 3 H 8-газа, содержащего экспозиции. (D) Участок изменения в углеродных комбинационного интенсивности сигнала, собранные за время с зеленым пятном круга на Ni сетки отмечается в (б). (е) Оптические микрофотографии вблизи интерфейса BaO-Ni изменения сетки и YSZ во время тот же C 3 H 8 лечению. (F) спектров комбинационного рассеяния собранной на местах в 15-часовой марки из пятна отмечены в (е). (Воспроизведено из 8). Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Рисунок 9
Рисунок 9.СЭМ изображения коксующегося Ni показывает морфологические различия, вызванные неоднородной коксования.

Рисунок 10
Рисунок 10. (A) АСМ изображение света региона показано на рисунке 9 и (B) EFM изображений одного и того же района. (C) АСМ изображение темной области показано на рисунке 10 и (D) EFM изображений одного и того же района. Образец был предвзятым по-1В в связи с иглой АСМ, и, таким образом давая яркие цвета (слабые взаимодействия зонд-образец) в область покрытые углеродом.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Сера Анализ отравлений

Импеданс-спектров показано на рисунке 5 предположить, что сера отравления поверхности или поверхностное явление, а не один, который влияет на объем материала. В частности, быстрое отравление электрода Ni сетки (рис. 6) может возникнуть в результате прямого контакта электрода Ni на газовое топливо и последующие серы адсорбции; диффузии газов не позволят ограничить скорость этого процесса больше, чем в случае толстого пористого Ni / YSZ анода. Сильно адсорбированные серы на или вблизи тройной границе раздела фаз (TPB) между Ni, YSZ, и топливо, скорее всего, блокируют активные центры для электрохимического окисления H 2 на TPB, в результате быстрой потери производительности. С другой стороны, в процессе восстановления, ток, проходящий через ячейку может помочь электрохимического окисления серы адсорбируется на поверхности анода к SO 2, особенно на или рядом с TPB. НаCE серы окисляется до SO 2, он будет быстро десорбции от поверхности анода, что приводит к повторному воздействию Ni / YSZ интерфейс для газовой фазы (регенерации TPBs) и практически полного восстановления производительности 26. Однако в настоящее время не могут быть достаточно эффективными, чтобы полностью удалить адсорбированные серы далеко от регионов TPB, которые могут остаться на поверхности даже после полного восстановления производительности. Эта возможность была исследована старения электрода в воздухе с образованием SO х групп, которые могут быть обнаружены с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния (рис. 7). Комбинационного отображение результатов подтверждают эту гипотезу. Кроме того, ни другого Ni-S фазы могут быть обнаружены с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света, которая поддерживает идею о том, что отравление процесса в исследуемой температуре не связаны с новой объемной фазы сульфида образования.

На месте комбинационного анализа кокса на YSZ встраиваемый Ni Mesh

Комбинационного результаты дают сЛир доказательств того, что коксующегося происходит преимущественно на поверхности Ni когда Ni-YSZ анода работает под углеводородного топлива. Это предпочтение по отношению к Ni для осаждения углерода, вероятно, из-за более высокой каталитической активности Ni для таких реакций более YSZ. С другой стороны, осаждение углерода видимо предотвратила значительно Бао модификации. Модификация лечения был похож на тот, используемый в работе, проделанной Yang и соавт. 16, который обнаружил, что BaO наночастиц на поверхности Ni может предотвратить коксование в присутствии воды. В настоящей работе поддерживает эти выводы.

SPM анализ кокса на Ni

SEM анализ показал, подробные формы и морфологии различной степени осаждения углерода (рис. 9). Чем темнее патчи, скорее всего, регионы тяжелые отложения углерода. Электростатическая силовая микроскопия (EFM) был использован в сочетании с AFM, чтобы помочь подтвердить Тхис и карты осаждения углерода на наноуровне (<25 нм разрешение). В то время как AFM способен различать морфологические изменения после переработки углеводородов, EFM одновременно измеряет потенциал поверхности, через которые на поверхность фазы определены (рис. 3). Когда образец предвзято положительно или отрицательно по сравнению с наконечником, регион с низкой или более высокой поверхностного потенциала (E вакуум-E F), соответственно, будет нести более сильное взаимодействие с наконечником. Так как никель и углерод, которые являются двумя видами присутствующих на образце, имеют различный потенциал поверхности, EFM способно между ними. В случае нашего исследования, образец был предвзятым до -1 V по отношению к кончику, поэтому углерод был слабым взаимодействием с чаевых. Как показано на рисунке 10, свет регионе было меньше шероховатости с точки зрения топографии, и только несколько пятен, связанных с углеродом показать в EFM изображение, подтверждающее версииУ света осаждения углерода. Между тем, темная область проверки имеет большое количество шероховатость поверхности, и большая часть поверхности покрыта видов, имеющих слабое взаимодействие с наконечником, с указанием гораздо тяжелее коксования.

Наноразмерных видов отображение, основанный на EFM является перспективным подходом к изучению воздействия наноразмерных катализаторов, нанесенных на материалы. Например, применяя BaO на никелевой поверхности, покрытия и морфологии коксующегося патчи резко изменилась. Сравнивая EFM фотографий, которые показывают локальное поведение осаждения углерода для различных катализаторов, их возможности сопротивления может быть лучше оценены.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана HeteroFoaM центр энергетических исследований пограничной Центр финансируется министерством энергетики США, Управление по науке, Управления основной энергии наук (BES) в рамках Премии Количество DE-SC0001061.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Nickel mesh Alfa Aesar CAS: 7440-02-0
Ni Foil Alfa Aesar CAS: 7440-02-0
YSZ powder TOSOH Lot No:S800888B
Ag paste Heraeus C8710
Barium oxide Sigma-Aldrich 1304-28-5
Silver wire Alfa Aesar 7440-22-4
Acetone VWR 67-64-1
Ethanol Alfa Aesar 64-17-5
UHP H2 Airgas 99.999% purity
100 ppm H2S/H2 Airgas Certified custom mix
n-type Si AFM tip MikroMasch NSC16 10 nm tip radius
Au coated AFM tip MikroMasch CSC11/Au/Cr 20-30 nm tip radius
Raman Spectrometer Renishaw RM1000
Ar Ion laser ModuLaser StellarPro 150
He-Ne laser Thorlabs HPL170
Atomic Force Microscope Veeco Nanoscope IIIA
Moving Raman Stage Prior Scientific H101RNSW
Optical Microscope Leica DMLM
Scanning Electron Microscope LEO 1550
Tube Furnace Applied Test Systems 2110
Polisher Allied High Tech Products MetPrep
6 μm Grinding media Allied High Tech Products 50-50040M
3 μm Polishing media Allied High Tech Products 90-30020
1 μm Polishing media Allied High Tech Products 90-30015
0.1 μm Polishing media Allied High Tech Products 90-32000
Raman chamber Harrick Scientific HTRC

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Minh, N. Q. Solid oxide fuel cell technology-features and applications. Solid State Ionics. 174 (1-4), 271 (2004).
  2. Liu, M., Lynch, M. E., Blinn, K., Alamgir, F., Choi, Y. Rational SOFC material design: new advances and tools. Materials today. 14 (11), 534 (2011).
  3. Zhan, Z. L., Barnett, S. A. An octane-fueled solid oxide fuel cell. Science. 308, 844 (2005).
  4. Huang, Y. H., Dass, R. I., Xing, Z. L., Goodenough, J. B. Double perovskites as anode materials for solid oxide fuel cells. Science. 312, 254 (2006).
  5. Yang, L., Wang, S., Blinn, K., Liu, M., Liu, Z., Cheng, Z., Liu, M. Enhanced Sulfur and Coking Tolerance of a Mixed Ion Conductor for SOFCs: BaZr0.1Ce0.7Y0.2-xYbxO3-d. Science. 326, 126 (2009).
  6. Liu, M. F., Choi, Y. M., Yang, L., Blinn, K., Qin, W., Liu, P., Liu, M. L. Direct octane fuel cells: A promising power for transportation. Nano Energy. 1, 448 (2012).
  7. Cheng, Z., Wang, J. -H., Choi, Y. M., Yang, L., Lin, M. C., Liu, M. From Ni-YSZ to sulfur-tolerant anodes for SOFCs: electrochemical behavior, in situ characterization, modeling, and future perspectives. Energy & Environmental Science. 4 (11), 4380 (2011).
  8. Blinn, K. S., Abernathy, H. W., Li, X., Liu, M. F., Liu, M. Raman spectroscopic monitoring of carbon deposition on hydrocarbon-fed solid oxide fuel cell anodes. Energy & Environmental Science. 5, 7913 (2012).
  9. Abernathy, H. W. Investigations of Gas/Electrode Interactions in Solid Oxide Fuel Cells Using Vibrational Spectroscopy [dissertation]. , Georgia Institute of Technology. (2008).
  10. Pomfret, M. B., Owrutsky, J. C., Walker, R. A. High-temperature Raman spectroscopy of solid oxide fuel cell materials and processes. Journal of Physical Chemistry B. 110 (35), 17305 (2006).
  11. Cheng, Z., Liu, M. Characterization of sulfur poisoning of Ni-YSZ anodes for solid oxide fuel cells using in situ Raman microspectroscopy. Solid State Ionics. 178 (13-14), 925 (2007).
  12. Li, X., Blinn, K., Fang, Y., Liu, M., Mahmoud, M. A., Cheng, S., Bottomley, L. A., El-Sayed, M., Liu, M. Application of surface enhanced Raman spectroscopy to the study of SOFC electrode surfaces. Physical Chemistry Chemical Physics. 14, 5919 (2012).
  13. Dresselhaus, M. S., Jorio, A., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Saito, R. Perspectives on Carbon Nanotubes and Graphene Raman Spectroscopy. Nano Letters. 10, 751 (2010).
  14. Su, C., Ran, R., Wang, W., Shao, Z. P. Coke formation and performance of an intermediate-temperature solid oxide fuel cell operating on dimethyl ether fuel. Journal of Power Sources. 196, 1967 (2011).
  15. Cheng, Z., Abernathy, H., Raman Liu, M. Spectroscopy of Nickel Sulfide Ni3S2. Journal of Physical Chemistry C. 111 (49), 17997 (2007).
  16. Yang, L., Choi, Y., Qin, W., Chen, H., Blinn, K., Liu, M., Liu, P., Bai, J., Tyson, T. A., Liu, M. Promotion of water-mediated carbon removal bynanostructured barium oxide/nickel interfaces in solid oxide fuel cells. Nature Communications. 2, 357 (2011).
  17. Kumar, A., Ciucci, F., Morzovska, A., Kalinin, S., Jesse, S. Measuring oxygen reduction/evolution reactions on the nanoscale. Nature Chemistry. 3, 707 (2011).
  18. Kumar, A., Arruda, T. M., Kim, Y., Ivanov, I. N., Jesse, S., Bark, C. W., Bristowe, N. C., Artacho, E., Littlewood, P. B., Eom, C. B., Kalinin, S. V. Probing Surface and Bulk Electrochemical Processes on the LaAlO3-SrTiO3 Interface. ACS Nano. 6 (5), 3841 (2012).
  19. Katsiev, K., Yildiz, B., Balasubramaniam, K., Salvador, P. A. Electron Tunneling Characteristics on La0.7Sr0.3MnO3 Thin-Film Surfaces at High Temperature. Applied Physics Letters. 95 (9), 092106 (2009).
  20. Jesse, S., Kumar, A., Arruda, T. M., Kim, Y., Kalinin, S. V., Ciucci, F. Electrochemical strain microscopy: Probing ionic and electrochemical phenomena in solids at the nanometer level. MRS Bulletin. 37 (7), 651-65 (2012).
  21. Datta, S. S., Strachan, D. R., Mele, E. J., Johnson, A. T. Surface Layers and Layer Charge Distributions in Few-Layer Graphene Films. Nano Letters. 9, 7 (2009).
  22. Coffey, D. C., Ginger, D. S. Time-resolved electrostatic force microscopy of polymer solar cells. Nature Materials. 5 (9), 735 (2006).
  23. Nakamura, M., Yamada, H. Roadmap of Scanning Probe Microscopy. Morita, S. , Springer. Berlin. (2007).
  24. Girard, P. Electrostatic force microscopy: principles and some applications to semiconductors. Nanotechnology. 12, 485 (2001).
  25. Rasmussen, J. F. B., Hagen, A. The effect of H2S on the performance of Ni-YSZ anodes in solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources. 191 (2), 534 (2009).
  26. Zha, S. W., Cheng, Z., Liu, M. L. Sulfur poisoning and regeneration of Ni-based anodes in solid oxide fuel cells. Journal of The Electrochemical Society. 154 (2), B201 (2007).
  27. Liu, M. F., Ding, D., Blinn, K., Li, X., Nie, L., Liu, M. L. Enhanced performance of LSCF cathode through surface modification. International Journal of Hydrogen Energy. 37 (10), 8613 (2012).
  28. Park, H., Li, X., Blinn, K. S., Liu, M., Lai, S., Bottomley, L. A., Liu, M., Park, S. Probing coking resistance from nanoscale: a study of patterned BaO nanorings over nickel surface. , In preparation (2012).

Tags

Материаловедение выпуск 67 химии электротехники физики электрохимии катализаторы (химическому) спектральный анализ химического (приложение) микроскопы топливных элементов Раман AFM ТОТЭ поверхности электродов
Исследование и картирование поверхности электродов в ТОТЭ
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Blinn, K. S., Li, X., Liu, M.,More

Blinn, K. S., Li, X., Liu, M., Bottomley, L. A., Liu, M. Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells. J. Vis. Exp. (67), e50161, doi:10.3791/50161 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter