LaNi0.6Fe0.4O3 SOFC-kathodemateriaal

LaNi0.6Fe0.4O3 Kathodecontactmateriaal: elektrische geleiding Manipulatie van eigenschappen en het effect ervan op de elektrochemische prestaties van SOFC

ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, ZON Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. LaNi0.6Fe0.4O3-kathode Contactmateriaal: Manipulatie van elektrische geleidende eigenschappen en het effect ervan over SOFC elektrochemische prestaties [J]. Journal of Anorganische Materialen, DOI: 10.15541/jim20230353.

Schematisch diagram van het kathode- en interconnectorcontact interface

Tijdens het montageproces van de flat Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)-stapel, het directe contact tussen het keramiek kathode en de metalen connector zijn slecht en de spanning is hoog. Het is gemakkelijk om produceren een grote interface-contactweerstand, die op zijn beurt de prestaties en stabiliteit van de stapel. Meestal is dit een kathodecontactlaag toegevoegd tussen de kathode en de connector om het interfacecontact te verbeteren. LaNi0.6Fe0.4O3 (LNF) heeft de voordelen van een hoge elektrische geleidbaarheid en bijpassende thermische uitzettingscoëfficiënt met kathode- en connectormaterialen. Het is een veelgebruikt contactlaagmateriaal in vlakke SOFC. Echter, tijdens de langdurige werking van de stapel, heeft LNF verschijnselen zoals deeltjesvergroving en significante veranderingen in de oppervlakteweerstand, wat leidt tot schade aan de contactinterface en beïnvloedt dus de stapelprestaties. Het onderzoek van Zhu Tenglong groep aan de Nanjing Universiteit voor Wetenschap en Technologie gebruikte twee droge methoden persen van granulatie en sinteren op hoge temperatuur, om grote deeltjes te bereiden LNF-materialen, en bestudeerde de evolutie van oppervlakteweerstand onder stroom belasting en de impact ervan op de elektrochemische prestaties van afzonderlijke SOFC-cellen.

ASR evolutie van LNF versus tijd onder 750 â en 1A/cm2, SEM-beelden van LNF vóór en na de ASR-test(a) Initieel; (b) Posttest

Onderzoek wijst uit. Vergeleken met onbehandeld LNF-1, LNF-2 en LNF-3 die granulatie door droogpersen hebben ondergaan en Sinteren bij hoge temperaturen heeft een lagere initiële oppervlakteweerstand. Het deeltje De grootte van LNF met een kleine deeltjesgrootte zal aanzienlijk toenemen onder de huidige belasting. Hoewel het door droogpersen gegranuleerde LNF-2 een grotere deeltjesgrootte heeft, is het behoudt een betere sinteractiviteit, dus het vertoont ook een duidelijker sintering fenomeen onder stroombelasting, resulterend in een vermindering van de plaatweerstand. LNF-3 dat een voorbehandeling bij hoge temperatuur heeft ondergaan, is feitelijk verloren gegaan zijn sinteractiviteit en zijn deeltjesgrootte veranderen weinig onder de actie van stroom, zodat de oppervlakteweerstand stabiel blijft. Bovendien is de ohmse de impedantie van LNF-2- en LNF-3-enkele cellen met grotere deeltjesgroottes is kleiner dan die van LNF-1, wat verband houdt met hun lagere contactcomponentgebied weerstand en beter kathode-interfacecontact. Tegelijkertijd zijn beide LNF-2 en enkele LNF-3-cellen vertoonden een kleinere polarisatieweerstand, wat hierop wijst Het vergroten van de LNF-deeltjesgrootte kan de transmissie en diffusie van LNF verbeteren zuurstof in de lucht aan de kathodezijde. In meerdere thermische cyclusexperimenten, de enkele LNF-2-cel vertoonde uitstekende initiële elektrochemische prestaties, maar behield nog steeds een goede sinteractiviteit dankzij zijn eigen activiteit. Tijdens de lange termijn werking bij hoge temperaturen en meerdere elektrochemische prestatietests, de deeltjes zullen eerder grof worden, waardoor schade aan de poriën en het grensvlak ontstaat peeling, wat leidt tot een aanzienlijke verzwakking van de prestaties van een enkele cel. In daarentegen LNF-3-materialen die sinteren bij hoge temperatuur hebben ondergaan voorbehandeling hebben een slechte sinteractiviteit en kunnen een goede structuur behouden stabiliteit tijdens thermische cycli bij hoge temperaturen.

EI spectra (a) en DRT-fittingplots (b) van afzonderlijke cellen onder gedeeltelijke zuurstof druk van 2,1×104 en 3×103 Pa, en hun overeenkomstige ohmse weerstand (c) en polarisatieweerstand(d)

Hoogtepunten van dit artikel:

1. Vergeleken met onbehandeld LNF-1-materiaal, deeltjesgestuurde LNF-2 en LNF-3 kunnen de plaatweerstand verminderen. Het oppervlak weerstand van de contactcomponent kan snel een stabiele toestand bereiken huidige belasting, en de structuur kan op lange termijn stabiel worden gehouden huidige belastingsomstandigheden.

2. LNF-contactmateriaal met grote deeltjesgrootte kan het kathode-interfacecontact optimaliseren, zuurstofdiffusie en transport bevorderen aan de kathodezijde, en de uitvoerprestaties van een enkele cel verbeteren.

3. Het drooggeperste gegranuleerde LNF-materiaal behoudt nog steeds een bepaalde sinteractiviteit, wat resulteert in een slechte thermische cyclus stabiliteit. Sintervoorbehandeling op hoge temperatuur kan aanzienlijk verbeteren de structurele stabiliteit van LNF-kathodecontactmaterialen tijdens thermische omstandigheden cyclus- en ontladingsprocessen.

Schematisch diagrammen en SEM-afbeeldingen voor kathodecontactinterfaces van afzonderlijke cellen daarna thermische cycli

Commentaar:

1. In dit artikel bestudeert de auteur de evolutie van de oppervlakteweerstand van het kathodecontactsamenstel als gevolg van de deeltjesgrootte van het LNF-materiaal en de impact ervan op de elektrochemische stof prestaties en stabiliteit van de SOFC-enkele cel. Het bleek dat dit toenam de deeltjesgrootte door sinteren bij hoge temperatuur verkleint de plaat weerstand van het kathodecontactsamenstel. De oppervlakteweerstand van de contactcomponent kan snel een stabiele toestand bereiken onder de huidige belasting en de structuur kan stabiel worden gehouden onder huidige belastingsomstandigheden op lange termijn, wat een goede referentie biedt voor het verbeteren van de prestaties van SOFC.

2. Dit onderzoek is gericht op de actualiteit behoeften aan contactmaterialen met lage weerstand en hoge geleidbaarheid voor vast oxide brandstofcelstapels. Het mechanisme van de invloed van het LaNi0.6Fe0.4O3-deeltje groottecontrole op geleidbaarheid en SOFC-prestaties van enkele cellen werd bestudeerd, en de invloed van bedrijfsomstandigheden zoals het zuurstofgehalte in de lucht en de temperatuur cyclus van de prestaties van een enkele cel tijdens LNF-granulatie met behulp van verschillende middelen werd gedetailleerd geanalyseerd. Het concept van het artikel is relatief nieuw, het denken Het is duidelijk dat de vermelde gegevens de overeenkomstige kwesties goed kunnen ondersteunen, en dat is ook gebeurd bepaalde praktische toepassingswaarde. Het artikel heeft een duidelijke structuur, redelijke logica en gestandaardiseerd schrijven.