Chemistry
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固体酸化物燃料電池動力システム用クロムゲッターの開発と検証
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微量レベルの空気中の汚染物質によるカソード中毒は、高温電気化学システムの長期安定性に対する主要な懸念事項です。電気化学的に活性なスタック領域に入る前に、高温で空気中の汚染物質を捕捉するゲッターを用いて陰極の劣化を緩和する新しい方法を提供します。
Transcript
合金を含むクロムは、腐食防止のためのクロミアスケールを形成するために金属相互接続としてSOFCで使用されています。しかし、高温でのクロム気化は、ガス状クロム種を生成し、SOFC分解を生じる。この方法は、固体酸化物燃料電池電力システムにおけるクロム中毒の溶液を提供する。
主な利点は、低コストの材料の使用と、低温と高温の両方で汚染物質の効果的な捕獲です。蒸気電気分解システム、酸素輸送膜システム、石油化学システムなどの合金を含むクロムを使用する他の高温工業システムは、この方法を品質と排出制御に使用することができます。このビデオデモンストレーションは、興味のある研究者がすぐにこれらの技術を学ぶことができ、いくつかのステップは初心者のために非常に簡単です。
これらの技術は、研究者が電気化学技術研究に進むスキルを開発することができます。まず、硝酸水系2.4モルのストロンチウム2.4モルの9ミリリットルを、硝酸2.4モル水溶液ニッケルの7ミリリットルと組み合わせます。混合物を300RPMで30分間かき混ぜながら、80°Cに加熱して固形物を溶解させます。
次に、30ミリリットルの5モル水性アンモニアを加え、溶液pHを8.5に増加させます。混合物を摂氏80度で24時間撹拌し続け、前駆体粉末を沈殿させる。水が完全に蒸発するまで、乾燥したオーブンで溶液を乾燥させます, これは、通常、約24時間かかります, 青いワックス状の化合物を残すために.
手動と磁気攪拌の両方を使用して、50ミリリットルの脱イオン水で化合物を懸濁します。5分間5000RPMで懸濁液を遠心分離する。残存硝酸アンモニウムを含む液体を取り除きます。
200~380°Cの硝酸アンモニウムは、硝酸アンモニア酸、窒素酸化物ガスを分解して生成します。蒸留水で適切に洗浄すると、これらのガスの排出を減らすか、または排除します。すすいで前駆体粉末を摂氏120度で2時間乾燥させます。
次に、粉末にイオン化した水を加え、少なくとも5分間混ぜて厚いスラリーを作ります。気泡を除去するために真空チャンバーでスラリーを脱ガスする。次に、スラリーにコージエライトハニカム基板を入れ、5分間真空浸潤を行い、毛穴をスラリーで満たします。
その後、ディップコーティング基板を通して空気を流し、チャネルから余分なスラリーを取り除きます。空気で満たされた炉にサンプルを入れ、毎分5度で約120°Cに加熱します。サンプルを空気中で少なくとも2時間乾燥させます。
その後、炉を毎分5度で摂氏650度にランプし、サンプルを12時間空中でカルサインしてクロムゲッターの生産を終えます。検証テストを開始するには、ディフューザーを装備した石英管炉に2グラムの中心クロミアペレットを入れます。拡散器の反対側にクロムゲッターを置きます。
炉のクロム側を室温の水バブラーを介して圧縮空気源に接続します。ゲッター側をガラス肘とクロム蒸気トラップアセンブリを介してベントに接続します。300 SCCMで加湿空気でシステムを15分から1時間パージします。
その後、炉を毎分3度で摂氏850度にランプし、その温度を500時間維持します。100時間ごとにクロム化合物の沈着を示す変色がないか、出口エルボを確認してください。テストが終了したら、炉を室温まで冷却してから、空気の流れをオフにして、ゲッターサンプルを取り出します。
クロムトラップアセンブリから水を収集し、石英管、ガラス肘、凝縮器、洗浄ボトルを20重量%の硝酸で浸し、堆積したクロムを抽出し、リンスを収集します。ガラス製品を20%硝酸に12時間浸し、追加の堆積クロムを抽出し、リンスを回収します。ガラス製品が変色している場合は、アルカリ性過マンガン酸カリウムに摂氏80度で12時間浸してください。
その後、すべての成分からクロム抽出物を収集して混合し、ICPMSでクロム含有量を分析します。その後、ゲッターサンプルをナイフで半分にスライスし、露出した表面に金を塗ります。クロムゲッターサンプルに金をコーティングし、エネルギー分散X線分光法で元素分布を評価します。
別のEDS分析を実行し、クロム源からの距離に対するクロムの量をプロットします。SOFCの製造を開始するために、3つのイトリア安定化ジルコニア電極の表面にランタンストロンチウムマンガン酸ペーストを印刷し、アセンブリを中心にします。次に、白金インクを用いて各YSZディスクにアノードとして白金電極を取り付ける。
アノードとカソードの両方にプラチナガーゼを取り付け、短い白金線をカソード、アノード、YSZディスクに取り付けます。SOFCを炉に入れ、毎分3度で摂氏850度にランプし、2時間空気中で治します。次に、銀導電線を硬化したSOFCに接続し、シリンダーチューブ炉の定常加熱ゾーンに取り付けます。
セラミックペーストで炉内のSOFCを密封し、電極をポテンショスタットに接続します。標準の手順に従って実験を設定します。これらが良好なシリンダーセルであり、3つの電極すべてがポテンショスタットに正しく接続されていることを確認してください。
その後、炉を毎分5度で850度にランプします。炉が加熱している間、カソードと参照電極の間に0.5ボルトのバイアスで毎分細胞電流を記録するようにポテンショスタッツを構成します。カソードと参照電極の間で電気化学的インピーダンス分光を1時間ごとに行うポテンシオスタットを設定します。
炉が試験温度に達すると、300SCCMでカソードに向かって空気を加湿し、150 SCCMで陽極に向かって空気を乾燥させます。測定を開始し、テストを100時間実行します。試験後、炉を室温まで冷却し、特性評価のためにセルを取り出します。
次のテストでは、クロミアペレットを一定の加熱ゾーンの穿穿アルミナチューブに2グラム入れます。クロムソースの上に新しいSOFCを固定し、まったく同じ方法でテスト終了測定を繰り返します。3回目のテストでは、2グラムのクロムペレットをチューブにロードし、クロムソースの上にクロムゲッターを取り付けます。
ゲッター上の新しいSOFCを修正し、同じ条件下でテスト終了測定を行います。蒸散試験では、クロムのプロフィールは、クロムのほとんどがゲッターの最初の4ミリメートル以内に閉じ込められたことを示した。アルミナ繊維基板上に堆積したクロムゲッター材料の分析は、蒸気入口付近に大きなクロムおよびストロンチウムが豊富な粒子を示した。
繊維の断面の元素マップは、クロムとストロンチウムが繊維の表面に発生したことを確認しました。クロムの存在下および存在下でのLSM-YSZ SOFCの電気化学的試験は、クロム蒸気が急速に細胞を毒することを示した。これは、LSM-YSZ界面の酸化クロム沈着物に起因し、その界面での酸素還元反応を妨げている。
クロム源とSOFCの間にSNOクロムゲッターを配置すると、クロムが存在しない場合の性能に匹敵するSOFC性能が得られた。この性能はクロム蒸気の流量の広い範囲にわたって維持された。製造プロトコルは、浮遊クロム不純物のための安定した効率的なゲッターを生成します。
異なる化学物質を使用して、ホウ素やシリコン蒸気などの他の気体汚染物質を捕捉するためのゲッターを開発することができます。この伝達プロトコルは、合金材料を含むクロムの蒸発を測定し、典型的なSOFC動作条件下で空気中のヘキサンミンクロム蒸気を捕捉するゲッターの性能を検証します。電気化学の検証の議定書は公称SOFCの操作条件でゲッタ効率を証明する。
情報は、業界とその商業的用途のためのゲッターとSOFC技術をスケールアップするために不可欠であるため。この方法は、少量の化学物質と既存の実験室の安全衛生方針に従って管理および処理できる理由を使用します。
Tags
化学、問題147、クロム蒸発、高温電気化学システム、固体酸化物燃料電池安定性、陰極分解、クロム捕捉、電気化学Related Videos
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