Material do cátodo LaNi0.6Fe0.4O3 SOFC

LaNi0.6Fe0.4O3 Material de contato do cátodo: Condução elétrica Manipulação de propriedades e seu efeito no desempenho eletroquímico do SOFC

ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. Cátodo LaNi0.6Fe0.4O3 Material de contato: manipulação de propriedades condutoras elétricas e seu efeito no desempenho eletroquímico do SOFC [J]. Revista de Materiais Inorgânicos, DOI: 10.15541/jim20230353.

Diagrama esquemático do cátodo e contato do interconector interface

Durante o processo de montagem do apartamento pilha de células a combustível de óxido sólido (SOFC), o contato direto entre a cerâmica cátodo e o conector de metal são ruins e o estresse é alto. É fácil produzir grande resistência de contato de interface, o que por sua vez afeta o desempenho e estabilidade da pilha. Uma camada de contato catódico é geralmente adicionado entre o cátodo e o conector para melhorar o contato da interface. LaNi0.6Fe0.4O3 (LNF) tem as vantagens de alta condutividade elétrica e combinando o coeficiente de expansão térmica com os materiais do cátodo e do conector. Isto é um material de camada de contato amplamente utilizado em SOFC de placa plana. No entanto, durante o operação de longo prazo da pilha, o LNF apresenta fenômenos como engrossamento de partículas e mudanças significativas na resistência superficial, o que leva a danos ao interface de contato e, portanto, afeta o desempenho da pilha. A pesquisa de Zhu Tenglong grupo da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing usou dois métodos, seco pressionando granulação e sinterização em alta temperatura, para preparar partículas grandes materiais LNF, e estudou a evolução da resistência superficial sob corrente carga e seu impacto no desempenho eletroquímico de células individuais SOFC.

RAS evolução do LNF versus tempo abaixo de 750 â e 1A/cm2, imagens SEM do LNF antes e após teste ASR(a) Inicial; (b) Pós-teste

A pesquisa indica. Comparado com não tratado LNF-1, LNF-2 e LNF-3 que passaram por granulação por prensagem a seco e a sinterização em alta temperatura tem menor resistência superficial inicial. A partícula o tamanho do LNF de tamanho de partícula pequeno aumentará significativamente sob carga atual. Embora o LNF-2 granulado por prensagem a seco tenha tamanho de partícula maior, ele retém melhor atividade de sinterização, por isso também mostra uma sinterização mais óbvia fenômeno sob carga atual, resultando em uma redução na resistência da folha. LNF-3 que passou por pré-tratamento de sinterização em alta temperatura basicamente perdeu sua atividade de sinterização e seu tamanho de partícula muda pouco sob a ação de corrente, então sua resistência superficial permanece estável. Além disso, o ôhmico a impedância de células individuais LNF-2 e LNF-3 com tamanhos de partículas maiores é menor do que o do LNF-1, que está relacionado à sua área de componente de contato inferior resistência e melhor contato da interface do cátodo. Ao mesmo tempo, tanto o LNF-2 e células individuais LNF-3 apresentaram menor resistência à polarização, indicando que aumentar o tamanho das partículas de LNF pode melhorar a transmissão e difusão de oxigênio no ar no lado do cátodo. Em vários experimentos de ciclo térmico, a célula única LNF-2 apresentou excelente desempenho eletroquímico inicial, mas ainda manteve boa atividade de sinterização devido à sua própria. Durante longo prazo operação em altas temperaturas e múltiplos testes de desempenho eletroquímico, suas partículas têm maior probabilidade de engrossar, causando danos aos poros e à interface peeling, levando a uma atenuação significativa do desempenho de uma única célula. Em contraste, materiais LNF-3 que foram submetidos a sinterização em alta temperatura pré-tratamento têm baixa atividade de sinterização e podem manter boas estruturas estabilidade durante ciclos térmicos de alta temperatura.

EIS espectros (a) e gráficos de ajuste DRT (b) de células únicas sob oxigênio parcial pressão de 2,1×104 e 3×103 Pa, e sua correspondente resistência Ohmica (c) e resistência de polarização(d)

Destaques deste artigo:

1. Comparado com material LNF-1 não tratado, LNF-2 e LNF-3 controlados por partículas podem reduzir a resistência da folha. A superfície resistência do componente de contato pode atingir rapidamente um estado estacionário sob carga atual, e a estrutura pode ser mantida estável sob condições de longo prazo condições de carga atuais.

2. Material de contato LNF de tamanho de partícula grande pode otimizar o contato da interface do cátodo, promover a difusão e o transporte de oxigênio no lado do cátodo e melhora o desempenho de saída de célula única.

3. O material LNF granulado prensado a seco ainda retém uma certa atividade de sinterização, resultando em um ciclo térmico deficiente estabilidade. O pré-tratamento de sinterização em alta temperatura pode melhorar significativamente a estabilidade estrutural dos materiais de contato do cátodo LNF durante o processo térmico processos de ciclagem e descarga.

Esquema diagramas e imagens SEM para interfaces de contato catódico de células individuais após ciclagem térmica

Comentário:

1. Neste artigo o autor estuda o evolução da resistência superficial do conjunto de contato catódico devido ao tamanho de partícula do material LNF e seu impacto na eletroquímica desempenho e estabilidade da célula única SOFC. Foi constatado que aumentando o tamanho da partícula através da sinterização em alta temperatura reduz a folha resistência do conjunto de contato do cátodo. A resistência superficial do componente de contato pode atingir rapidamente um estado estacionário sob carga atual e o a estrutura pode ser mantida estável sob condições de carga atual de longo prazo, que fornece uma boa referência para melhorar o desempenho do SOFC.

2. Esta pesquisa está orientada para a realidade necessidades de materiais de contato de baixa resistência e alta condutividade para óxido sólido pilhas de células de combustível. O mecanismo de influência da partícula LaNi0.6Fe0.4O3 controle de tamanho na condutividade e desempenho de célula única SOFC foi estudado, e a influência das condições operacionais, como teor de oxigênio no ar e temperatura ciclo no desempenho de célula única durante a granulação LNF usando diferentes meios foi analisado detalhadamente. O conceito do artigo é relativamente novo, o pensamento é claro, os dados listados podem apoiar bem as questões correspondentes e têm certo valor de aplicação prática. O artigo tem uma estrutura clara, lógica razoável e escrita padronizada.