LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 วัสดุแคโทด SOFC - ข่าวอุตสาหกรรม

LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 วัสดุหน้าสัมผัสแคโทด: การจัดการคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและผลกระทบต่อประสิทธิภาพเคมีไฟฟ้าของ SOFC

จางคุน, หวังหยู, จูเถิงหลง, ซุน ไคฮวา, ฮัน หมินฟาง, จง ฉิน LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 วัสดุหน้าสัมผัสแคโทด: การจัดการคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและผลกระทบต่อประสิทธิภาพเคมีไฟฟ้าของ SOFC[J] วารสารวัสดุอนินทรีย์, DOI: 10.15541/jim20230353

Schematic diagram of the cathode and interconnector contact interface

แผนผังของอินเทอร์เฟซหน้าสัมผัสแคโทดและตัวเชื่อมต่อระหว่างกัน

ในระหว่างกระบวนการประกอบกองเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์แบบแบน (SOFC) การสัมผัสโดยตรงระหว่างแคโทดเซรามิกและขั้วต่อโลหะไม่ดีและมีความเครียดสูง ง่ายต่อการสร้างความต้านทานหน้าสัมผัสอินเทอร์เฟซขนาดใหญ่ ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและความเสถียรของสแต็ก โดยปกติแล้วชั้นสัมผัสแคโทดจะถูกเพิ่มระหว่างแคโทดและตัวเชื่อมต่อเพื่อปรับปรุงหน้าสัมผัสของอินเทอร์เฟซ LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 (LNF) มีข้อดีคือมีค่าการนำไฟฟ้าสูงและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ตรงกับวัสดุแคโทดและตัวเชื่อมต่อ เป็นวัสดุชั้นสัมผัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน SOFC แบบแผ่นเรียบ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการดำเนินการระยะยาวของสแต็ก LNF มีอาการต่างๆ เช่น การแข็งตัวของอนุภาคและการเปลี่ยนแปลงความต้านทานพื้นผิวอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งนำไปสู่ความเสียหายต่อส่วนต่อประสานหน้าสัมผัส และส่งผลต่อประสิทธิภาพของสแต็ก กลุ่มวิจัยของ Zhu Tenglong ที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหนานจิงใช้สองวิธี ได้แก่ การอัดเม็ดแบบแห้งและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง เพื่อเตรียมวัสดุ LNF ที่มีอนุภาคขนาดใหญ่ และศึกษาวิวัฒนาการของความต้านทานพื้นผิวภายใต้ภาระปัจจุบัน และผลกระทบต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของ SOFC เซลล์เดียว

ASR evolution of LNF versus time under 750 ℃ and 1A/cm2

วิวัฒนาการของ ASR ของ LNF เทียบกับเวลาที่ต่ำกว่า 750 องศา และ 1A/cm2, ภาพ SEM ของ LNF ก่อนและหลังการทดสอบ ASR(a) เริ่มต้น; (ข) หลังการทดสอบ

การวิจัยระบุว่า เมื่อเปรียบเทียบกับ LNF-1 ที่ไม่ได้รับการบำบัด LNF-2 และ LNF-3 ที่ผ่านการบดอัดแบบแห้งและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงจะมีความต้านทานพื้นผิวเริ่มต้นต่ำกว่า ขนาดอนุภาคของอนุภาคขนาดเล็ก LNF จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญภายใต้โหลดปัจจุบัน แม้ว่า LNF-2 ที่บดเป็นเม็ดโดยการกดแบบแห้งจะมีขนาดอนุภาคใหญ่กว่า แต่ก็ยังคงมีกิจกรรมการเผาผนึกที่ดีกว่า ดังนั้นจึงยังแสดงปรากฏการณ์การเผาผนึกที่ชัดเจนยิ่งขึ้นภายใต้โหลดปัจจุบัน ส่งผลให้ความต้านทานของแผ่นงานลดลง LNF-3 ที่ผ่านการปรับสภาพการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงโดยพื้นฐานแล้วสูญเสียกิจกรรมการเผาผนึกไป และขนาดอนุภาคของมันจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยภายใต้การกระทำของกระแส ดังนั้นความต้านทานพื้นผิวจึงยังคงมีเสถียรภาพ นอกจากนี้ อิมพีแดนซ์โอห์มมิกของเซลล์เดี่ยว LNF-2 และ LNF-3 ที่มีขนาดอนุภาคใหญ่กว่านั้นมีขนาดเล็กกว่าอิมพีแดนซ์ของ LNF-1 ซึ่งสัมพันธ์กับความต้านทานของพื้นที่ส่วนประกอบหน้าสัมผัสที่ต่ำกว่าและดีกว่า หน้าสัมผัสอินเทอร์เฟซแคโทด ในเวลาเดียวกัน ทั้งเซลล์เดี่ยว LNF-2 และ LNF-3 มีความต้านทานโพลาไรเซชันน้อยลง ซึ่งบ่งชี้ว่าการเพิ่มขนาดอนุภาค LNF สามารถปรับปรุงการส่งผ่านและการแพร่กระจายของออกซิเจนในอากาศที่ด้านแคโทดได้ ในการทดลองรอบความร้อนหลายครั้ง เซลล์เดี่ยว LNF-2 แสดงให้เห็นประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าเริ่มต้นที่ดีเยี่ยม แต่ยังคงรักษากิจกรรมการเผาผนึกที่ดีไว้ได้เนื่องจากตัวมันเอง ในระหว่างการทำงานระยะยาวที่อุณหภูมิสูงและการทดสอบประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าหลายครั้ง อนุภาคของมันมีแนวโน้มที่จะหยาบกร้านมากขึ้น ทำให้เกิดความเสียหายของรูพรุนและส่วนต่อประสานหลุด ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเซลล์เดี่ยวลดลงอย่างมาก ในทางตรงกันข้าม วัสดุ LNF-3 ที่ผ่านการปรับสภาพการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงมีกิจกรรมการเผาผนึกที่ไม่ดีและสามารถรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างที่ดีในระหว่างรอบความร้อนที่อุณหภูมิสูง

EIS spectra and DRT fitting plots

EIS spectra (a) และแผนการปรับ DRT (b) ของเซลล์เดี่ยวภายใต้ความดันย่อยออกซิเจน 2.1 × 104 และ 3 × 103 Pa และความต้านทานโอห์มมิก (c) และความต้านทานโพลาไรเซชัน (d) ที่สอดคล้องกัน

จุดเด่นของบทความนี้:

1. เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุ LNF-1 ที่ไม่ได้รับการบำบัด LNF ที่ควบคุมด้วยอนุภาค-2 และ LNF-3 สามารถลดความต้านทานของแผ่นได้ ความต้านทานพื้นผิวของส่วนประกอบหน้าสัมผัสสามารถเข้าถึงสถานะคงที่ได้อย่างรวดเร็วภายใต้โหลดปัจจุบัน และสามารถรักษาโครงสร้างให้มีเสถียรภาพภายใต้สภาวะโหลดปัจจุบันในระยะยาว

2. วัสดุหน้าสัมผัส LNF ขนาดอนุภาคขนาดใหญ่สามารถปรับหน้าสัมผัสอินเทอร์เฟซแคโทดให้เหมาะสม ส่งเสริมการแพร่กระจายของออกซิเจนและการขนส่งด้านแคโทด และปรับปรุงประสิทธิภาพเอาต์พุตเซลล์เดียว

3. วัสดุ LNF ที่เป็นเม็ดอัดแห้งยังคงมีกิจกรรมการเผาผนึกอยู่ ส่งผลให้วงจรความร้อนมีความเสถียรต่ำ การปรับสภาพการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงสามารถปรับปรุงความเสถียรเชิงโครงสร้างของวัสดุสัมผัสแคโทด LNF ได้อย่างมีนัยสำคัญในระหว่างกระบวนการหมุนเวียนด้วยความร้อนและการปล่อย

Schematic diagrams and SEM images for cathode contact interfaces of single cells after thermal cycling

แผนผังและรูปภาพ SEM สำหรับส่วนต่อประสานหน้าสัมผัสแคโทดของเซลล์เดี่ยวหลังจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน

ความคิดเห็น:

1. ในบทความนี้ ผู้เขียนได้ศึกษาวิวัฒนาการของความต้านทานพื้นผิวของชิ้นส่วนหน้าสัมผัสแคโทด เนื่องจากขนาดอนุภาคของวัสดุ LNF และผลกระทบต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าและความเสถียรของเซลล์เดี่ยว SOFC พบว่าการเพิ่มขนาดอนุภาคผ่านการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงจะช่วยลดความต้านทานของแผ่นของชุดประกอบหน้าสัมผัสแคโทด ความต้านทานพื้นผิวของส่วนประกอบหน้าสัมผัสสามารถเข้าถึงสถานะคงที่ได้อย่างรวดเร็วภายใต้โหลดปัจจุบัน และสามารถรักษาโครงสร้างให้มีเสถียรภาพภายใต้สภาวะโหลดปัจจุบันในระยะยาว ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงที่ดีสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของ SOFC

2. งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่ความต้องการที่แท้จริงของวัสดุสัมผัสที่มีความต้านทานต่ำและมีค่าการนำไฟฟ้าสูงสำหรับกองเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ ศึกษากลไกของอิทธิพลของการควบคุมขนาดอนุภาค LaNi0.6Fe0.4O3 ต่อการนำไฟฟ้าและประสิทธิภาพของเซลล์เดี่ยว SOFC และอิทธิพลของสภาวะการทำงาน เช่น ปริมาณออกซิเจนในอากาศและวงจรความร้อนต่อเซลล์เดี่ยว วิเคราะห์ประสิทธิภาพของเซลล์ในระหว่างการทำแกรนูล LNF โดยใช้วิธีการที่แตกต่างกัน แนวคิดของบทความนี้ค่อนข้างแปลกใหม่ มีความคิดที่ชัดเจน ข้อมูลที่ระบุไว้สามารถรองรับประเด็นที่เกี่ยวข้องได้เป็นอย่างดี และมีคุณค่าในการใช้งานจริงบางประการ บทความนี้มีโครงสร้างที่ชัดเจน มีตรรกะที่สมเหตุสมผล และการเขียนที่ได้มาตรฐาน