LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 katoodkontakti materjal: elektrit juhtivate omadustega manipuleerimine ja selle mõju SOFC elektrokeemilisele jõudlusele
ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 katoodkontakti materjal: elektrit juhtivate omadustega manipuleerimine ja selle mõju SOFC elektrokeemilisele jõudlusele[J]. Anorgaaniliste materjalide ajakiri, DOI: 10.15541/jim20230353.
Katoodi ja konnektori kontaktliidese skemaatiline diagramm
Lameda tahke oksiidkütuseelemendi (SOFC) korstna kokkupanemise ajal on keraamilise katoodi ja metallpistiku vaheline otsekontakt halb ja pinge on suur. Lihtne on toota suurt liidese kontakttakistust, mis omakorda mõjutab virna jõudlust ja stabiilsust. Katoodi ja pistiku vahele lisatakse tavaliselt katoodi kontaktkiht, et parandada liidese kontakti. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 (LNF) eeliseks on kõrge elektrijuhtivus ja katoodi- ja pistikumaterjalidega sobiv soojuspaisumistegur. See on laialdaselt kasutatav kontaktkihi materjal lameplaadi SOFC-s. Kuid virna pikaajalisel töötamisel esineb LNF-il selliseid nähtusi nagu osakeste karestumine ja pinnatakistuse olulised muutused, mis põhjustavad kontaktliidese kahjustusi ja seega mõjutavad virna jõudlust. Zhu Tenglongi Nanjingi Teadus- ja Tehnoloogiaülikooli uurimisrühm kasutas suurte osakestega LNF materjalide valmistamiseks kahte meetodit, kuivpressimise granuleerimist ja kõrgtemperatuurilist paagutamist, ning uuris pinnatakistuse kujunemist voolukoormusel ja selle mõju SOFC elektrokeemilisele jõudlusele. üksikud rakud.
LNF-i ASR-i areng ajas alla 750 kraadi ja 1A/cm2, LNF-i SEM-pildid enne ja pärast ASR-testi (a) Esialgne; b) Järelkatse
Uuringud näitavad. Võrreldes töötlemata LNF-1-ga, on LNF-2 ja LNF-3, mis on läbinud kuivpressimise granuleerimise ja kõrgel temperatuuril paagutamise, madalama esialgse pinnatakistusega. Väikeste osakeste suurusega LNF osakeste suurus suureneb praeguse koormuse korral märkimisväärselt. Kuigi kuivpressimise teel granuleeritud LNF-2 osakeste suurus on suurem, säilitab see parema paagutamisaktiivsuse, seega näitab see ka praeguse koormuse korral ilmsemat paagutamisnähtust, mille tulemuseks on lehe takistuse vähenemine. Kõrgel temperatuuril paagutamise eeltöötluse läbinud LNF-3 on põhimõtteliselt kaotanud oma paagutamisaktiivsuse ja selle osakeste suurus muutub voolu mõjul vähe, mistõttu jääb selle pinnatakistus stabiilseks. Lisaks on suurema osakeste suurusega LNF-2 ja LNF-3 üksikute elementide oomiline takistus väiksem kui LNF-1 omal, mis on seotud nende väiksema kontaktkomponendi pindala takistusega ja paremaga. katoodliidese kontakt. Samal ajal näitasid nii LNF-2 kui ka LNF-3 üksikelemendid väiksemat polarisatsioonitakistust, mis näitab, et LNF-i osakeste suuruse suurendamine võib parandada hapniku ülekannet ja difusiooni õhus katoodi poolel. Mitme termilise tsükli katsetes näitas LNF-2 üksikelement suurepärast esialgset elektrokeemilist jõudlust, kuid säilitas siiski hea paagutamisaktiivsuse tänu omale. Pikaajalisel kasutamisel kõrgetel temperatuuridel ja mitmete elektrokeemiliste jõudlustestide korral on selle osakesed tõenäolisemalt jämedad, põhjustades pooride kahjustusi ja liidese koorumist, mis põhjustab ühe raku jõudluse märkimisväärset nõrgenemist. Seevastu LNF-3 materjalidel, mis on läbinud kõrgel temperatuuril paagutamise eeltöötluse, on paagutamisaktiivsus halb ja need suudavad säilitada kõrge temperatuuriga termiliste tsüklite ajal hea struktuurse stabiilsuse.
Üksikute rakkude EIS-spektrid (a) ja DRT-sobitusgraafikud (b) hapniku osarõhul 2,1 × 104 ja 3 × 103 Pa ning nende vastav oomiline takistus (c) ja polarisatsioonitakistus (d)
Selle artikli tipphetked:
1. Võrreldes töötlemata LNF-1 materjaliga võivad osakeste kontrolliga LNF-2 ja LNF-3 vähendada lehe vastupidavust. Kontaktkomponendi pinnatakistus võib voolukoormuse korral kiiresti jõuda püsivasse olekusse ja konstruktsiooni saab hoida stabiilsena pikaajalise voolukoormuse tingimustes.
2. Suure osakeste suurusega LNF-kontaktmaterjal võib optimeerida katoodi liidese kontakti, soodustada hapniku difusiooni ja transporti katoodi poolel ning parandada ühe raku väljundvõimsust.
3. Kuivpressitud granuleeritud LNF-materjal säilitab endiselt teatud paagutamisaktiivsuse, mille tulemuseks on halb termilise tsükli stabiilsus. Kõrge temperatuuriga paagutamise eeltöötlus võib oluliselt parandada LNF-katoodiga kontaktmaterjalide struktuurilist stabiilsust termilise tsükli ja tühjendusprotsesside ajal.
Üksikute elementide katoodkontakti liideste skemaatilised diagrammid ja SEM-kujutised pärast termotsüklit
Kommentaar:
1. Käesolevas artiklis uurib autor katoodkontakti koostu pinnatakistuse kujunemist LNF materjali osakeste suurusest ja selle mõju SOFC üksikelemendi elektrokeemilisele jõudlusele ja stabiilsusele. Leiti, et osakeste suuruse suurendamine kõrgtemperatuurse paagutamise kaudu vähendab katoodi kontaktisõlme lehe takistust. Kontaktkomponendi pinnatakistus võib voolukoormuse korral kiiresti jõuda püsiseisundisse ja konstruktsiooni saab hoida stabiilsena pikaajalise voolukoormuse tingimustes, mis annab hea võrdlusaluse SOFC jõudluse parandamiseks.
2. See uurimus on suunatud madala takistusega ja kõrge juhtivusega kontaktmaterjalide tegelikele vajadustele tahke oksiidkütuseelemendi korstnate jaoks. Uuriti LaNi0.6Fe0.4O3 osakeste suuruse reguleerimise mõju mehhanismi juhtivusele ja SOFC üksiku raku jõudlusele ning töötingimuste, nagu õhu hapnikusisaldus ja termiline tsükkel, mõju üksikule rakule. rakkude jõudlust LNF-i granuleerimise ajal erinevate vahenditega analüüsiti üksikasjalikult. Töö kontseptsioon on suhteliselt uudne, mõtlemine on selge, loetletud andmed võivad vastavaid probleeme hästi toetada ja neil on teatud praktiline rakendusväärtus. Artiklil on selge ülesehitus, mõistlik loogika ja standardiseeritud kirjutamine.
