Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

Summary

Biz birden karakterizasyon teknikleri eş zamanlı performans (tanır katı oksit yakıt hücreleri (SOFCs), elektrotların yüzeyi tanımlamak için benzersiz bir platform sunmak Örneğin in situ Raman spektroskopisi ve elektrokimyasal ölçümler yanında prob mikroskobu). Bu analizlerden Tamamlayıcı bilgi SOFCs için daha iyi materyallerin rasyonel tasarım içgörüler sağlayan, elektrot reaksiyon ve yıkım mekanizmaları daha derin bir anlayış doğru ilerlemek için yardımcı olabilir.

Abstract

Katı oksit yakıt hücreleri (SOFCs) potansiyel hidrojen ^1-7 ötesinde yakıtlar geniş bir yelpazede kullanımı için en verimli ve maliyet-etkin bir çözümdür. SOFCs ve genel olarak enerji depolama ve dönüşüm cihazlarda pek çok kimyasal ve enerji dönüşüm süreçlerinin oranları performansı öncelikle elektrot yüzeyleri boyunca yük ve kütle transferi ve arabirimleri arasında sınırlıdır. Ne yazık ki, bu süreçlerin mekanistik anlayış nedeniyle hala büyük ölçüde in situ koşullarda altında bu süreçlerin karakterize zorluğu, eksiktir. Bu bilgi açığını SOFC ticarileştirilmesi için bir baş engeldir. Elektrot reaksiyonlarının ilgili yüzey kimyaları sondalama ve haritalama araçlarının geliştirilmesi yüzey işlemlerinin mekanizmaları çözülüyor ve daha verimli enerji depolama ve dönüşüm ² için yeni elektrot malzemesi, rasyonel tasarım elde etmek için hayati önem taşımaktadır. In situ olarak nispeten az sayıda <arasında/ Em> yüzey analizi yöntemleri, Raman spektroskopisi SOFC anot performans ve yıkımı ^8-12 alakalı kimyasal süreçleri tanımlamak için idealdir, yüksek sıcaklıklar ve sert ortamlarda bile yapılabilir. Ayrıca böylesi bir elektro doğrudan bir ilişki bir çalışma hücre kimyası ve yüzey sağlayan, elektrokimyasal ölçüm ile birlikte de kullanılabilir. Çünkü karbon birikimi ile ⁸ anot performans ^{düşüşü, 10, 13, 14} ("kok") ve sülfür zehirlenmesi ¹¹ dahil olmak üzere ilgili türler, duyarlılığın önemli anot reaksiyon mekanizmaları pin-işaretleme için yerinde Raman haritalama ölçümleri ^Uygun, yararlı olacaktır ¹⁵ ve yüzey modifikasyonları bu yıkımı ¹⁶ savmak hangi şekilde. Mevcut iş bu yeteneği yönünde önemli ilerleme gösteriyor. Buna ek olarak, prob mikroskobu (SPM) tarama teknikleri ailesinin elektro sorgulamak için özel bir yaklaşım sağlarde nano çözünürlüklü yüzey. Rutin AFM ve STM tarafından toplanan yüzey topografya yanı sıra, yerel elektronik devletler, iyon difüzyon katsayısı ve yüzey potansiyeli gibi diğer özellikler de ^17-22 incelenebilir. Bu çalışmada, elektrokimyasal ölçümler, Raman spektroskopisi ve SPM bir yitriya stabilize zirkonya (YSZ) elektrolit gömülü bir Ni örgü elektrot oluşan bir roman testi elektrot platformu ile birlikte kullanılmıştır. H ₂ S içeren yakıt altında Hücre performans testi ve empedans spektroskopi karakterize edildi ve Raman haritalama fazla sülfür zehirlenmesinin doğasını aydınlatmak için kullanıldı. Yerinde Raman izlenmesi koklaşabilir davranışını araştırmak için kullanılmıştır. Nihayet, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve elektrostatik kuvvet mikroskobu (EFM) daha nano karbon birikimi görselleştirmek için kullanılmıştır. Bu araştırma, biz SOFC anot daha eksiksiz bir resim üretmek için arzu.

Protocol

1. Bir YSZ-gömülü Mesh Anot Hücre Fabrikasyon

1. YSZ tozunun 0.2 gramı iki tepsi tartılır.
2. 30 saniye için 50 MPa arasında bir basınç altında, bir tek eksenli kuru pres ile bir silindirik paslanmaz çelik kalıp içinde bir toplu toz YSZ (çapı 13 mm) sıkıştırır.
3. Ni örgü <1 cm parça kesin ve kalıbın içerisine YSZ diskin yüzeyine yerleştirin.
4. Kalıp içinde Ni-gözenekli üst YSZ toz diğer 0.2 g ekleyin ve bir şahmerdan ile toz yüzeyine düzleştirin.
5. Uniaxially 30 saniye süreyle 300 MPa'lık bir basınç altında YSZ toz paketler arasında sandviçlenmiş Ni ağ basın.
6. Kalıp preslenmiş Ni / YSZ pelet ayıklayın.
7. Aka....

Results

Sülfür Zehirlenmesi Analizi

Ni örgü H ₂ altında elektrot ve 20 ppm H ₂ S koşulu ile bir hücrenin tipik IV ve IP eğrileri Şekil 4'te gösterilmektedir. Açıkçası, H ₂ S, hatta sadece birkaç ppm giriş Ni-YSZ anot zehirler ve ciddi performans kaybına neden olabilir.

Daha yoğun Ni-YSZ anot zehirlenmesi davranışını anlamak için, hücrenin AC impedans spektroskopisi açık devre gerilimi (OCV) koşullar altında gerçekleştirildi........

Discussion

Sülfür Zehirlenmesi Analizi

Şekil 5'te gösterildiği gibi empedans spektrumu sülfür zehirlenmesi ziyade malzeme kütlesinin etkileyen bir göre bir yüzey veya arayüzey fenomen olduğunu göstermektedir. Özellikle, Ni ağ elektrodu (Şekil 6) hızlı zehirlenme yakıt gazı kükürt ve daha sonraki adsorpsiyon Ni elektrot ile doğrudan maruz kalma sonucu olabilir; gaz difüzyon durumunda olduğu gibi fazla olduğu gibi bu süreç hızının sınırlamak değil kalın gözenekli Ni / Y.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reaktif / Malzeme Adı	Şirket	Katalog Numarası	Yorumlar
Nikel örgü	Alfa Aesar	CAS: 7440-02-0
Ni Folyo	Alfa Aesar	CAS: 7440-02-0
YSZ tozu	TOSOH	Lot No: S800888B
Ag yapıştırma	Heraeus	C8710
Baryum oksit	Sigma-Aldrich	1304-28-5
Gümüş tel	Alfa Aesar	7440-22-4
Aseton	VWR	67-64-1
Etanol	Alfa Aesar	64-17-5
UHP H2	Airgas		% 99.999 saflık
100 ppm H 2 S / H 2	Airgas		Sertifikalı özel karışım
n-tipi Si AFM ucu	MikroMasch	NSC16	10 nm ucu radyus
Au kaplamalı AFM ucu	MikroMasch	CSC11/Au/Cr	20-30 nm ucu radyus
Raman Spektrometresi	Renishaw	RM1000
Ar Ion laser	ModuLaser	StellarPro 150
He-Ne lazer	Thorlabs	HPL170
Atomik Kuvvet Mikroskobu	Veeco	NanoScope IIIA
Raman Sahne Hareketli	Önceki Bilimsel	H101RNSW
Optik Mikroskop	Leica	DMLM
Taramalı Elektron Mikroskobu	LEO	1550
Tüp Fırını	Uygulamalı Test Sistemleri	2110
Parlatıcı	Müttefik Yüksek Teknoloji Ürünleri	MetPrep
6 mikron medya Taşlama	Müttefik Yüksek Teknoloji Ürünleri	50-50040M
3 mikron Parlatma medya	Müttefik Yüksek Teknoloji Ürünleri	90-30020
1 mikron Parlatma medya	Müttefik Yüksek Teknoloji Ürünleri	90-30015
0.1 mikron Parlatma medya	Müttefik Yüksek Teknoloji Ürünleri	90-32000
Raman odası	Harrick Bilimsel	HTRC