LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 katoda kontaktmateriāls: manipulācijas ar elektriskajām vadīšanas īpašībām un tās ietekme uz SOFC elektroķīmisko veiktspēju
DŽANKUNS, VANJU, DŽU Tenglongs, SUN Kaihua, HAN Minfangs, DŽUN Cjiņ. LaNi{0}}.6Fe0.4O3 katoda kontaktmateriāls: manipulācijas ar elektriskajām vadīšanas īpašībām un tās ietekme uz SOFC elektroķīmisko veiktspēju[J]. Neorganisko materiālu žurnāls, DOI: 10.15541/jim20230353.
Katoda un starpsavienojuma kontakta saskarnes shematiskā diagramma
Plakanā cietā oksīda kurināmā elementa (SOFC) skursteņa montāžas procesā tiešais kontakts starp keramikas katodu un metāla savienotāju ir vājš un spriegums ir augsts. Ir viegli izveidot lielu saskarnes kontaktu pretestību, kas savukārt ietekmē skursteņa veiktspēju un stabilitāti. Katoda kontakta slānis parasti tiek pievienots starp katodu un savienotāju, lai uzlabotu saskarnes kontaktu. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 (LNF) priekšrocības ir augsta elektrovadītspēja un atbilstošs termiskās izplešanās koeficients ar katoda un savienotāja materiāliem. Tas ir plaši izmantots kontaktslāņa materiāls plakanā plāksnē SOFC. Tomēr ilgstošas skursteņa darbības laikā LNF ir tādas parādības kā daļiņu rupjība un būtiskas virsmas pretestības izmaiņas, kas izraisa kontakta saskarnes bojājumus un tādējādi ietekmē skursteņa veiktspēju. Zhu Tenglong pētniecības grupa Nanjingas Zinātnes un tehnoloģijas universitātē izmantoja divas metodes, sausās presēšanas granulēšanu un augstas temperatūras saķepināšanu, lai sagatavotu lielu daļiņu LNF materiālus, un pētīja virsmas pretestības attīstību pašreizējās slodzes apstākļos un tās ietekmi uz SOFC elektroķīmisko veiktspēju. vienas šūnas.
LNF ASR evolūcija pret laiku zem 750 grādiem un 1A/cm2, LNF SEM attēli pirms un pēc ASR testa (a) Sākotnēji; b) pēcpārbaude
Pētījumi liecina. Salīdzinot ar neapstrādātu LNF-1, LNF-2 un LNF-3, kam veikta sausās presēšanas granulēšana un saķepināšana augstā temperatūrā, ir zemāka sākotnējā virsmas pretestība. Maza izmēra LNF daļiņu izmērs ievērojami palielināsies pašreizējās slodzes apstākļos. Lai gan LNF-2, kas granulēts ar sauso presēšanu, ir lielāks daļiņu izmērs, tas saglabā labāku saķepināšanas aktivitāti, tāpēc tas arī parāda skaidrāku saķepināšanas parādību pie pašreizējās slodzes, kā rezultātā samazinās loksnes pretestība. LNF-3, kam veikta augstas temperatūras saķepināšanas pirmapstrāde, būtībā ir zaudējis savu saķepināšanas aktivitāti, un tā daļiņu izmērs strāvas ietekmē mainās maz, tāpēc tā virsmas pretestība saglabājas stabila. Turklāt LNF-2 un LNF-3 atsevišķu šūnu ar lielākiem daļiņu izmēriem omiskā pretestība ir mazāka nekā LNF-1, kas ir saistīta ar to zemāku kontaktkomponentu laukuma pretestību un labāku. katoda saskarnes kontakts. Tajā pašā laikā gan LNF-2, gan LNF-3 atsevišķajām šūnām bija mazāka polarizācijas pretestība, kas norāda, ka LNF daļiņu izmēra palielināšana var uzlabot skābekļa pārnešanu un difūziju gaisā katoda pusē. Vairākos termiskā cikla eksperimentos LNF-2 viena šūna uzrādīja lielisku sākotnējo elektroķīmisko veiktspēju, taču tā joprojām saglabāja labu saķepināšanas aktivitāti, pateicoties tai. Ilgstošas darbības laikā augstās temperatūrās un vairākos elektroķīmiskās veiktspējas testos, tā daļiņas, visticamāk, sabiezēsies, izraisot poru bojājumus un saskarnes lobīšanos, tādējādi ievērojami samazinot vienas šūnas veiktspēju. Turpretim LNF-3 materiāliem, kas ir iepriekš apstrādāti augstā temperatūrā, ir vāja saķepināšanas aktivitāte, un tie var uzturēt labu struktūras stabilitāti augstas temperatūras termisko ciklu laikā.
Atsevišķu šūnu EIS spektri (a) un DRT pielāgošanas diagrammas (b) ar skābekļa parciālo spiedienu 2,1 × 104 un 3 × 103 Pa, un to atbilstošā Ohmiskā pretestība (c) un polarizācijas pretestība (d)
Šī raksta svarīgākie punkti:
1. Salīdzinot ar neapstrādātu LNF-1 materiālu, ar daļiņām kontrolēts LNF-2 un LNF-3 var samazināt loksnes pretestību. Kontakta komponenta virsmas pretestība var ātri sasniegt līdzsvara stāvokli pašreizējās slodzes apstākļos, un struktūru var uzturēt stabilu ilgstošas strāvas slodzes apstākļos.
2. Liela izmēra LNF kontakta materiāls var optimizēt katoda saskarnes kontaktu, veicināt skābekļa difūziju un transportēšanu katoda pusē un uzlabot vienas šūnas izejas veiktspēju.
3. Sausās presēšanas granulētais LNF materiāls joprojām saglabā noteiktu saķepināšanas aktivitāti, kā rezultātā ir slikta termiskā cikla stabilitāte. Augstas temperatūras saķepināšanas pirmapstrāde var ievērojami uzlabot LNF katoda kontakta materiālu strukturālo stabilitāti termiskās cikla un izlādes procesu laikā.
Shematiskās diagrammas un SEM attēli atsevišķu elementu katoda kontaktu saskarnēm pēc termiskās cikla
komentēt:
1. Šajā rakstā autors pēta katoda kontaktu mezgla virsmas pretestības attīstību LNF materiāla daļiņu izmēra dēļ un tās ietekmi uz SOFC vienšūnas elektroķīmisko veiktspēju un stabilitāti. Tika konstatēts, ka daļiņu izmēra palielināšana, izmantojot augstas temperatūras saķepināšanu, samazina katoda kontakta bloka loksnes pretestību. Kontakta komponenta virsmas pretestība var ātri sasniegt līdzsvara stāvokli pašreizējās slodzes apstākļos, un struktūru var uzturēt stabilu ilgstošas strāvas slodzes apstākļos, kas nodrošina labu atsauci SOFC veiktspējas uzlabošanai.
2. Šis pētījums ir orientēts uz faktiskajām vajadzībām pēc zemas pretestības un augstas vadītspējas kontaktmateriāliem cieto oksīdu kurināmā elementu skursteņiem. Tika pētīts LaNi0.6Fe0.4O3 daļiņu izmēra kontroles ietekmes mehānisms uz vadītspēju un SOFC vienas šūnas veiktspēju, kā arī darbības apstākļu, piemēram, gaisa skābekļa satura un termiskā cikla ietekme uz vienu šūnu. šūnu veiktspēja LNF granulēšanas laikā, izmantojot dažādus līdzekļus, tika detalizēti analizēta. Darba koncepcija ir salīdzinoši jauna, domāšana ir skaidra, uzskaitītie dati var labi atbalstīt atbilstošos jautājumus, un tiem ir noteikta praktiska pielietojuma vērtība. Rakstam ir skaidra struktūra, saprātīga loģika un standartizēta rakstīšana.
