Summary
Vi presenterer en unik plattform for å karakterisere elektrodeoverflater i fastoksid brenselceller (SOFCs) som tillater samtidig ytelse av flere karakterisering teknikker (
Abstract
Fastoksid brenselceller (SOFCs) er potensielt den mest effektive og kostnadseffektive løsningen til utnyttelse av et bredt utvalg av brensel utover hydrogen 1-7. Utførelsen av SOFCs og satsene for mange kjemiske og energi endringsprosesser i energilagring og konvertering enheter generelt er begrenset først og fremst ved lading og massetransport langs elektrodeoverflater og på tvers grensesnitt. Dessverre er mekanistisk forståelse av disse prosessene fortsatt mangler, skyldes i stor grad det er vanskelig å karakterisere disse prosesser under in situ forhold. Denne kunnskapen gapet er en høvding hindring for SOFC kommersialisering. Utvikling av verktøy for sondering og kartlegging overflaten kjemi er relevante for elektrode reaksjoner er viktig å unraveling mekanismene for overflateprosesser og for å oppnå rasjonell utforming av nye elektrodematerialer for mer effektiv energilagring og konvertering to. Blant de relativt få in situ </ Em> overflaten analysemetoder, kan Raman spektroskopi utføres selv med høye temperaturer og tøffe atmosfærer, noe som gjør den ideell for å karakterisere kjemiske prosesser som er relevante for SOFC anode ytelse og nedbrytning 8-12. Det kan også brukes sammen med elektrokjemiske målinger, noe som muliggjør direkte korrelasjon mellom elektrokjemi å overflatekjemi i et operativsystem celle. Riktig in situ Raman kartlegging målinger ville være nyttig for pin-peker viktige anode reaksjonsmekanismer grunn av sin følsomhet overfor de aktuelle arter, inkludert anode ytelsen gjennom karbonavsetning 8, 10, 13, 14 ("coking") og svovel forgiftning 11, 15 og på hvilken måte overflaten modifikasjoner avverge denne degradering 16. Den nåværende arbeid viser betydelig fremgang mot denne evnen. I tillegg gir familien til scanning probe mikroskopi (SPM) teknikker en spesiell tilnærming til å avhøre elektrode overflate med nanoskala oppløsning. Foruten overflatetopografien som rutinemessig innsamlet av AFM og STM, kan andre egenskaper som lokale elektroniske stater, ion diffusjonskoeffisienten og overflate potensielle også undersøkes 17-22. I dette arbeidet ble det elektrokjemiske målinger, Raman spektroskopi, og SPM brukes i forbindelse med en ny test elektrode plattform som består av en Ni mesh elektrode innebygd i en yttria-stabilisert zirkonia (YSZ) elektrolytt. Cell ytelsestesting og impedansspektroskopi henhold drivstoff inneholdende H 2 S ble karakterisert, og Raman kartlegging ble brukt til ytterligere belyse naturen av svovel-forgiftning. In situ Raman overvåking ble brukt til å undersøke coking atferd. Endelig atomic force mikroskopi (AFM) og elektrostatisk kraft mikroskopi (EFM) ble brukt til å visualisere deponering på nanoskala. Fra denne forskningen, ønsker vi å gi et mer komplett bilde av SOFC anode.
Protocol
1. Fabrikasjon av en YSZ-embedded Mesh Anode Cell
- Vei opp to grupper av 0,2 g YSZ pulver.
- Komprimer en batch YSZ pulver i en sylindrisk rustfri stålform (13 mm i diameter) med en uniaksial tørr trykk ved et trykk på 50 MPa i 30 sek.
- Skjær et <1-cm stykke Ni mesh og legg den på overflaten av YSZ plate inne i formen.
- Legge til den andre 0,2 g YSZ pulver på toppen av Ni-mesh inne i formen og flat overflate av pulveret ved hjelp av en ram.
- Uniaxially trykk Ni mesh sandwiched mellom pakker av YSZ pulver ved et trykk på 300 MPa i 30 sek.
- Ekstraher den trykket Ni / YSZ pellet fra formen.
- Brann pellet ved 1440 ° C i 5 timer i en zirkonia digel ved hjelp av en horisontal rørovn med et strømmende reduserende gass atmosfære (4% H 2 / bal. Ar).
2. Eksponering, Polering, og Modifikasjon av Ni Mesh elektrode
- Mechanicalliere slipe bort en flate av sintrede YSZ prøven ved anvendelse av 6 um diamant strø inntil Ni mesh overflaten er avslørt.
- Ytterligere polere den eksponerte Ni mesh overflaten med 3 um, 1 mikrometer, og 0,1 mikrometer diamant medier i en vann / etylenglykol suspensjon i omtrent 1 min ved hver polering trinn.
- Ultrasonisk rengjøre polert prøven i aceton, etanol, og DI vann i 10 minutter hver.
- Tørk prøven under en ren komprimert luftstrøm.
- For Ni mesh med økt coking motstand, brann prøven ved 1200 ° C i 2 timer i reduserende atmosfære i nærvær av, men ikke i kontakt med, BaO pulver.
3. Utarbeidelse og Elektrokjemisk Testing av Full Cells
- Pensel-maling Ag lim på den motsatte overflaten av YSZ prøven fra Ni-mesh til å opptre som en mot-elektrode.
- Fest en kveilet Ag ledning til counter-elektrode med Ag lim.
- Etter tørking av den Ag lim på den sample ved 120 ° C i en ovn i 30 min, koble en 0,2-mm diameter Ag ledning til Ni-mesh med Ag lim på spissen.
- Tørk prøven igjen ved 120 ° C i en ovn i 30 min.
- Forsegle cellen (Ni mesh ned) på toppen av en 3/8 tommer keramisk celle ligaen tube med Aremco Seal 552 (Ceramabond).
- Tillat tetningsmassen å tørke i luft i 2-4 timer.
- Koble to isolerte sølv ledninger til hver av de to elektrode-ledningene.
- Monter celle ligaen i en rørformet ovn, koble ligaen til en gassledning, og fest ledningene til riktig elektrokjemisk testing av utstyr.
- Begynner å strømme ultrahøy renhetsgrad (99,999%) H 2 gass gjennom cellen ligaen med en hastighet på 50 SCCM, den gass bør bobles gjennom vann i romtemperatur for å fukte gassen til 3% vol. H 2 O før inn i cellen ligaen.
- Oppvarme ovnen med det monterte cellen til 100 ° C i 2 timer, etterfulgt av 260 ° C i 1 time, og deretter til slutt 800 ° Cved en ramping hastighet på 1 ° C med fortsatt strømmer av H 2 under all oppvarming for å unngå oksydasjon av Ni elektroden. De første to varmetrinn er for herding Ceramabond.
- Hold cellen i ovnen ved 800 ° C i 2 timer for å tillate den Ag motelektroden å sintre.
- Avkjøl cellen litt til 767 ° C for elektrokjemisk ytelsestesting.
- Etter testing, fjern forsiktig cellen innslag fra ovnen for herding ved romtemperatur mens det fortsetter å strømme fuktet H 2. (OBS: Bruk riktig verneutstyr for håndtering ekstremt varme keramikk, for eksempel termiske hansker og matter)
- Løsne celle fra ligaen for post-karakterisering ved å demontere elektroden ledninger og nøye skille celle fra Ceramabond tetningsmasse.
* Figur 1 viser en skjematisk av YSZ-embedded Ni mesh celle, sammen med en typisk fotografi og optisk mikrografi av den innebygdemesh.
* For våre undersøkelser, ble cellene elektrokjemisk karakterisert med en EG & G PAR potensiostat (modell 273A) kombinert med en Solartron 1255 HF frekvensrespons analysator med CorrWare og ZPlot programvare (Scribner and Associates). Lineær sveip voltammetri og konstant-spenning amperometry ble benyttet for å karakterisere celle ytelse, og impedans spektra ble ervervet i frekvensområdet på 100 kHz til 0,1 Hz med en amplitude på 10 mV. For svovel forgiftning studien ble en sertifisert gassblanding av 100 ppm H 2 S i H 2 blandet i brenselet gasstrømmen med ren H 2 for å oppnå en 20 ppm H 2 S / H 2 blanding.
4. Post-test Raman Spectromicroscopic Mapping
- Fest celleprøve med mesh anode oppover på Raman mikroskop scenen plate med tape eller lim for å hindre sample bevegelser under Raman analyse.
- Bruk mikroskopet og XYZ scenen tilfinne et grensesnitt grensen mellom Ni mesh og YSZ underlaget.
- Bringe laser i fokus ved å bytte mikroskop filtre og fint justere Z koordinaten scenen.
- Still Raman spektrometer å skaffe spektra ved nodene av et rektangulær mesh overliggende området av grensesnittet med 2 mikrometer intervaller skiller nodene. Spektrene skal sentreres rundt bølgetall (e) svarende til Raman modus (r) av artene eller fase (r) av interesse. I dette tilfellet, er 980 cm -1 valgt for SO x.
- For hver spektrene, integrere intensiteten over Raman modus (r) av interesse og dele intensiteten av en flat grunnlinje med samme spektrum. Den relative intensitet kan deretter plottes i en kontur / farge kart med hensyn til dens koordinater.
Raman spectromicroscopy ble utført ved hjelp av en Renishaw RM1000 system utstyrt med en Modu-Laser StellarPro 514 nm Ar-ion laser (5 mW) og et Thorlabs HRP170 633 nm He-Ne-laser (17 mW). Systemet er utstyrt med en XYZ motorisert stadium (Prior Scientific H101RNSW) og en 50X objektiv, som sammen gir mulighet for ~ 2 mikrometer kartlegging oppløsning. Renishaw Wire 2.0-programvare ble brukt i forbindelse med maskinvaren. Data ble behandlet ved hjelp av MATLAB (MathWorks).
5. In situ Raman Overvåking av 8 Coking
- Fest en YSZ-embedded Ni mesh prøven til Raman kammer scenen ved hjelp av Ag pasta med mesh vendt oppover.
- Oppvarme åpen kammeret til 300 ° C i 1 time for å tørke og eliminere Ag lim suspensjonsmedium.
- Forsegle Raman kammer hatten og fest den til Raman mikroskop scenen. Bruk mikroskop for å finne en Ni / YSZ grensesnitt som beskrevet i protokoll 4.2.
- Begynner å strømme 4% H 2 / Ar gass fuktet av vann bobleren gjennom kammeret på ~ 100 SCCM.
- Varm opp Raman kammer til 625 ° C.
- Bringe laser i fokusog samle baseline Raman skanninger fra flekker på Ni mesh og YSZ substrat i 150-2000 cm -1 rekkevidde.
- Introduser 3-5% C 3 H 8 i gasstrømmen og samle Raman spektra fra Ni med jevne mellomrom mens gassen strømmer å observere avsetning av karbon på overflaten over tid (f.eks 15 hr).
- Kjøl prøven langsomt ned (5 ° C / min) i strømmer 4% H 2 / Ar.
* In situ Raman analyse ble utført med en spesial modifisert Harrick Scientific høytemperatur reaksjon kammer kammeret er utstyrt med en kvarts vindu cap, gasstilkoblinger, og en avkjøling linje. En skjematisk og fotografi er gitt i Figur 2.
FORSIKTIG: Kjølevann skal brukes til å beskytte den optiske mikroskop på Raman systemet fra oppvarming!
6. Nanoskala Visualisering av Coking av AFM og EFM
- Polish en ansiktet av en 1 cm x 1 mm kvadratisk nikkel kupongen ned til karakteren av 0,1 um, som beskrevet i protokoll 2.2.
- I et kvartsrør linjert ovn, utsett polert nikkel kupongen til strømmende gass inneholdende 10% C 3 H 8 balansert Ar ved 550 ° C i 1 min, og den gass bør bobles gjennom vann i romtemperatur for å fukte gassen til 3 % vol. H 2 O før innreise kvarts tube.
- Fjern prøven fra ovnen. Inspisere overflaten morfologi av optisk mikroskopi og SEM.
- Monter prøven på en metall puck bruke kobber ledende tape for AFM og EFM studien.
- Samle en morfologi bilde ved hjelp av AFM i Tapping Mode.
- Installer en n-type Si baserte AFM spissen (NSC16) eller en ledende AFM spissen (CSC11/Cr-Au) på den elektriske holderen (MMEFCH).
- Skann sampeloverflaten i "Lift Mode", hvori spissen først samler topografisk informasjon på sin første tur over prøvens overflate og thno sanser fasevinkelen på sin andre tur for elektrostatisk kraft informasjon. Still løftehøyde først til 100 nm, og gradvis redusere den til omtrent den samme verdien av overflateruhet (20-30 nm).
- Across et klart grensesnitt mellom rusa og ren regionen nikkel overflate, samle en rekke EFM linescans når du skifter prøven bias.
- Ved å sammenligne de EFM linescans på ulike eksempler skjevhet potensialer, identifisere spenningen som fasevinkel kontrast knipser 21.
- Samle et bilde med en prøve skjevhet som er 1-2V negativ wrt bryteren punkt, og et annet bilde med prøve skjevhet som er 1-2V positive wrt bryteren punkt.
- Ved å sammenligne topografi bildet, og de to sett av EFM bilder ved forskjellige sample biases, innhente en distribusjon kart av karbon og nikkel fase på prøven. * For våre SPM analyser, ble en Veeco Nanoscope IIIA som brukes. En skjematisk av arbeider prinsippet av EFM analysen23, 24 er vist i figur 3..
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Svovel Poisoning Analyse
Vist i Figur 4 er typiske IV og IP kurver av en celle med en Ni mesh elektroden som H 2 og 20 ppm H 2 S tilstand. Åpenbart kan innføringen av enda bare noen få ppm av H 2 S forgifte Ni-YSZ anode og forårsake betydelig forringelse av ytelsen.
For å mer intensivt forstå forgiftning virkemåten av Ni-YSZ anode, AC impedans spektroskopi av cellen utføres under tomgangsspenning (OCV) forhold. Vist i figur 5 er de Nyquist tomter for cellen før og etter at anoden ble eksponert for brensel som inneholder 0 og 20 ppm H 2 S 767 ° C. To-elektrode impedans ble brukt i denne studien, siden cellen impedans er dominert av at av arbeidselektroden, en referanse-elektrode ble derfor ikke nødvendig. Impedansen spektra viser at mesteparten motstanden forble det samme while grenseflatespenningen motstanden økte dramatisk etter anoden ble utsatt for H 2 S-holdig brensel.
Vist i Figur 6 er typisk forgiftninger og gjenvinning oppførselen cellen ved 767 ° C under 20 ppm H 2 S. Både forgiftning og utvinning prosesser synes å fullføre og nå steady state i løpet av få minutter, som er svært forskjellig oppførsel fra tykke Ni-YSZ anoder som tidligere har studert, der en mye lengre tidsramme var nødvendig spesielt for gjenopprettingen 25, 26.
Raman intensitet kartlegging ble brukt for å få mer kjemisk informasjon om hvordan elektrodeoverflaten samhandler med svovel i brenngassen. Figur 7 viser en optisk mikrografi av Ni / YSZ grensesnitt sammen med en Raman kart av det samme området plotting intensiteten av et modus assosiert Med så x arter (integrert intensitet mellom 960-1000 cm -1). Arten var exclusively observert på Ni overflaten og var generelt konsentrerte seg mer vekk fra TPBs.
I situ Raman analyse av Coking på YSZ-embedded Ni Mesh
Figur 8a viser en optisk mikrografi av et umodifisert Ni mesh elektrode ved 625 ° C i reduserende atmosfære (for å hindre uønsket Ni oksidering) direkte før innføring av C 3 H 8. Etter C 3 H 8 begynte å strømme inn i kammeret, ble spektra oppsamlet periodisk fra et sted på overflaten av en prøve av Ni mesh. Dette stedet er preget av den grønne sirkelen i Figur 8b, som viser mesh etter 15 timers våt C 3 H 8 eksponering ved 625 ° C. Carbon er bare påvises på Ni mesh overflaten, spekteret hentet fra underlaget (rød firkant) viser bare YSZ funksjoner (figur 8c). Et plott av endringen i relativ karbon signalintensitet over de første få timer exposure tid er vist i figur 8d. Intensiteten av karbon signalet økte som karbon bygget opp på overflaten av Ni fra coking. Mengden av detekterbar karbon signalet slutt flatet ut etter noen timer. En Ni mesh prøve modifisert av BaO som beskrevet i protokoll 2,5 ble underkastet de samme eksperimentelle betingelser. Et mikrografi av og Raman spektra samlet fra overflaten av den modifiserte mesh prøve ved den samme 15-timers eksponering mark som fig 8b/8c er vist i Figur 8e og Figur 8f, henholdsvis. Karbon-signal var ikke detekterbare selv på Ni overflaten i dette tilfellet.
SPM Analyse av Coking på Ni
Inhomogene mørke flekker dannet på overflaten av Ni kupongen etter at det ble utsatt for C 3 H 8-holdig gass, som er avbildet i SEM bilder i figur 9. Vist i figur 10 er AFM / EFM bilder takno fra begge disse lyse og mørke områder.
Figur 1. Skjematisk diagram av Ni-mønsteret elektrodecelle fabrikasjon og karakterisering 27.
Figur 2. Skjematisk av miljøkammeret oppsett for in situ Raman analyse (venstre) sammen med et fotografi av kammeret (høyre). De gule rørene i fotografiet er kjølevann linjer som ikke avbildet i skjematisk til venstre.
Figur 3. Skjematisk av arbeiderklassen prinsippet om elektrostatisk kraft mikroskopi (EFM). (A) som viser skjematiske skjevhet enpplied på prøven. (B) fasevinkel forskyvning av AFM spissen tomten vs vibrasjon frekvens, sterk elektrostatisk interaksjon pådrar større degrease i fase vinkel. (C) Den skjematiske elektron energi bandet diagram av prøven (nikkel og karbon) og spissen når prøven er forspent positivt wrt spissen og (D) når prøven er forspent negativt wrt spissen 28.
Figur 4. Typisk ytelse av cellen drives under ren H 2 og H 2 med 20 ppm H 2 S 767 ° C 27.
Figur 5. Impedans spektra av cellen med ren H 2 og H 2 med 20 ppm H 2 S som brensel målt ved 767 ° C under tomgangsspenning 27.
Figur 6. Typisk (A) forgiftning og (B) utvinning oppførsel av cellen i H 2 med 20 ppm H 2 S 767 ° C drives ved 0.75V 27.
Figur 7. Optisk micrograph av hjørnet av mønstret Ni mesh elektrode i YSZ som ble operert i H 2 S-inneholdende brennstoff og alderen i luft i 18 dager (til venstre) sammen med en Raman kart på SO X band i samme område (høyre ) 27.
Figur 8. (A) Optisk mikrofotografi av Ni mesh innebygd i YSZ.(B) Samme innebygde Ni mesh etter eksponering for C 3 H 8-holdig gass ved 625 ° C i 15 timer. (C) Raman spektra samlet i situ fra de stedene som er merket i (b) ved 15-timers merket C 3 H 8-holdig gass eksponering. (d) Plot av endring i karbon Raman signalintensiteten samlet over tid fra grønn sirkel flekk på Ni mesh markert i (b). (e) Optisk micrograph nær grensesnittet BaO-modifiserte Ni mesh og YSZ under samme C 3 H 8 behandling. (f) Raman spektra samles in situ ved den 15-timers mark fra Markerte i (e). (Gjengitt fra 8). Klikk her for å se større figur .
Figur 9.SEM bilder av rusa Ni viser de morfologiske forskjellene skyldes inhomogene coking.
Figur 10. (A) AFM bilde av lyset regionen vist i Figur 9 og (B) EFM bilde av det samme område. (C) AFM bilde av mørke regionen vist i figur 10 og (D) EFM bilde av det samme område. Prøven ble forspent til-1V med hensyn til AFM spissen, og dermed gi en lysere farge (svakere tip-sample interaksjon) til regionen dekket med karbon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Svovel Poisoning Analyse
Impedansen spektra vist i figur 5 antyder at svovel forgiftning er en overflate eller grenseflatespenning fenomen snarere enn en som påvirker hoveddelen av materialet. Spesifikt, kan rask forgiftning av Ni mesh elektroden (figur 6) som følge av direkte eksponering av Ni elektroden til brenngass og påfølgende svovel adsorpsjon; gass diffusjon ville ikke begrense hastigheten av denne prosessen så mye som i tilfelle av en tykk porøs Ni / YSZ anode. Sterkt adsorbert svovel ved eller i nærheten av den tredoble fasegrensen (TPB) mellom Ni, YSZ, og drivstoff ville trolig blokkere de aktive områder for elektrokjemisk oksydasjon av H 2 på TPB, resulterer i rask ytelsestapet. På den annen side, under gjenopprettingen, kan den strøm som passerer gjennom cellen hjelpe elektrokjemiske oksydasjon av svovel adsorbert på anodeoverflaten til SO 2, spesielt ved eller nær TPB. Påce svovel oksyderes til SO 2, vil det raskt desorbere fra anodeoverflaten, som fører til re-eksponering av Ni / YSZ grensesnitt til gassfasen (regenerering av TPBs) og tilnærmet full gjenoppretting av ytelsen 26. Men kanskje den nåværende ikke være effektiv nok til å fullstendig fjerne den adsorberte svovel langt unna TPB regioner, som kan forbli på overflaten, selv etter full gjenoppretting av ytelsen. Denne muligheten ble utforsket ved aldring elektroden i luft for å danne SO x grupper som kan oppdages av Raman spektroskopi (figur 7). Raman kartlegging Funnene støtter denne hypotesen. I tillegg kan ingen andre Ni-S faser bli oppdaget av Raman spektroskopi, som støtter ideen om at forgiftning prosessen i studert temperaturen ikke innebære nye bulk sulfide fase formasjon.
I situ Raman analyse av Coking på YSZ-embedded Ni Mesh
Raman resultater gir clear bevis for at coking oppstår fortrinnsvis på Ni flater når en Ni-YSZ anode drives under en hydrokarbon-brennstoff. Dette preferanse mot Ni for deponering skyldes sannsynligvis Ni er høyere katalytisk aktivitet for en slik reaksjon i YSZ. På den annen side, ble karbonavsetning tilsynelatende avverget betraktelig ved BaO modifikasjon. Modifikasjonen behandling var lik den som brukes i det arbeid som utføres av Yang et al. 16, som fant at BaO nanopartikler på Ni overflaten kan avverge coking i nærvær av vann. Det foreliggende arbeidet støtter disse funnene.
SPM Analyse av Coking på Ni
SEM analyse avslørte detaljert form og morfologi av de forskjellige grader av karbonavsetning (figur 9). De mørkere flekker var sannsynlig regioner tyngre karbon deponering. Elektrostatisk kraft mikroskopi (EFM) ble anvendt i kombinasjon med AFM hjelpe bekrefter this og kart karbon deponering på nanoskala (<25 nm oppløsning). Mens AFM er egnet til å skille den morfologiske variasjonen etter hydrokarbon behandling, EFM samtidig målere overflaten potensialet gjennom hvor overflaten faser identifisert (figur 3). Når prøven er forspent positivt eller negativt vs spissen, regionen med lavere eller høyere overflaten potensialet (E vac-E f), henholdsvis, vil pådra sterkere interaksjon med spissen. Siden nikkel og karbon, som er de to artene er tilstede på prøven, hver har en annen overflate potensial, er EFM stand til å separere dem. I tilfelle av vår studie ble prøven forspent til -1 V med hensyn til spissen, slik karbon hadde svakere interaksjon med spissen. Som vist i figur 10, hadde lyset regionen mindre ruhet gjelder topografi, og bare noen få flekker knyttet karbon dukke opp i EFM bildet, bekrefter very lys deponering. I mellomtiden har den mørke regionen inspisert en stor mengde av overflateruhet, og flertallet av overflaten er dekket av arter med svak vekselvirkning med spissen, indikerer mye tyngre forkoksing.
Nanoskala arter Mapping basert på EFM er en lovende tilnærming til å studere virkningen av nanostørrelse katalysatorer påføres materialene. For eksempel, ved å anvende BaO på nikkel overflate, endret dekningen og morfologi av coking patcher drastisk. Ved å sammenligne de EFM bilder som viser lokale karbonavsetning oppførsel for forskjellige katalysatorer, kan deres motstand evner bedre evaluert.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen interessekonflikter erklært.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av HeteroFoaM Center, en Energy Frontier Research Center finansiert av US Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences (BES) under Award Antall 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 |
References
- Minh, N. Q. Solid oxide fuel cell technology-features and applications. Solid State Ionics. 174 (1-4), 271 (2004).
- 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).
- Zhan, Z. L., Barnett, S. A. An octane-fueled solid oxide fuel cell. Science. 308, 844 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Abernathy, H. W. Investigations of Gas/Electrode Interactions in Solid Oxide Fuel Cells Using Vibrational Spectroscopy [dissertation]. , Georgia Institute of Technology. (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dresselhaus, M. S., Jorio, A., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Saito, R. Perspectives on Carbon Nanotubes and Graphene Raman Spectroscopy. Nano Letters. 10, 751 (2010).
- 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).
- Cheng, Z., Abernathy, H., Raman Liu, M. Spectroscopy of Nickel Sulfide Ni3S2. Journal of Physical Chemistry C. 111 (49), 17997 (2007).
- 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).
- Kumar, A., Ciucci, F., Morzovska, A., Kalinin, S., Jesse, S. Measuring oxygen reduction/evolution reactions on the nanoscale. Nature Chemistry. 3, 707 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Coffey, D. C., Ginger, D. S. Time-resolved electrostatic force microscopy of polymer solar cells. Nature Materials. 5 (9), 735 (2006).
- Nakamura, M., Yamada, H. Roadmap of Scanning Probe Microscopy. Morita, S. , Springer. Berlin. (2007).
- Girard, P. Electrostatic force microscopy: principles and some applications to semiconductors. Nanotechnology. 12, 485 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
