LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 katodikosketinmateriaali: sähköä johtavien ominaisuuksien manipulointi ja sen vaikutus SOFC:n sähkökemialliseen suorituskykyyn
ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3-katodikosketinmateriaali: Sähköä johtavien ominaisuuksien manipulointi ja sen vaikutus SOFC:n sähkökemialliseen suorituskykyyn[J]. Journal of Inorganic Materials, DOI: 10.15541/jim20230353.
Katodin ja liittimen kosketinrajapinnan kaavio
Litteän kiinteäoksidipolttokennopinon (SOFC) kokoonpanoprosessin aikana keraamisen katodin ja metalliliittimen välinen suora kosketus on huono ja jännitys on suuri. On helppo tuottaa suuria liitännän kosketusresistanssia, mikä puolestaan vaikuttaa pinon suorituskykyyn ja vakauteen. Katodin ja liittimen väliin lisätään yleensä katodikontaktikerros liitäntäkoskettimen parantamiseksi. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3:n (LNF) etuna on korkea sähkönjohtavuus ja sopiva lämpölaajenemiskerroin katodi- ja liitinmateriaalien kanssa. Se on laajalti käytetty kontaktikerrosmateriaali litteässä SOFC-levyssä. Pinon pitkäaikaisen käytön aikana LNF:ssä kuitenkin esiintyy ilmiöitä, kuten hiukkasten karkenemista ja merkittäviä muutoksia pintaresistanssissa, mikä johtaa kosketusrajapinnan vaurioitumiseen ja vaikuttaa siten pinon suorituskykyyn. Zhu Tenglongin tutkimusryhmä Nanjingin tiede- ja teknologiayliopistossa käytti kahta menetelmää, kuivapuristusrakeistusta ja korkean lämpötilan sintrausta, valmistaakseen suuria hiukkasia LNF-materiaaleja ja tutki pintaresistanssin kehitystä virran kuormituksessa ja sen vaikutusta SOFC:n sähkökemialliseen suorituskykyyn. yksittäisiä soluja.
LNF:n ASR-evoluutio ajan funktiona alle 750 astetta ja 1A/cm2, SEM-kuvat LNF:stä ennen ja jälkeen ASR-testin(a) Alku; (b) Jälkitesti
Tutkimus osoittaa. Verrattuna käsittelemättömään LNF-1:iin, LNF-2 ja LNF-3, jotka on läpikäynyt kuivapuristusrakeistuksen ja korkean lämpötilan sintrauksen, ovat pienemmät alkupinnan kestävyydestä. Pienen hiukkaskoon LNF:n hiukkaskoko kasvaa merkittävästi nykyisellä kuormituksella. Vaikka kuivapuristamalla rakeistetulla LNF-2:lla on suurempi hiukkaskoko, se säilyttää paremman sintrausaktiivisuuden, joten se osoittaa myös selvemmän sintrausilmiön nykyisellä kuormituksella, mikä johtaa arkin vastuksen vähenemiseen. Korkean lämpötilan sintrausesikäsittelyn läpikäynyt LNF-3 on periaatteessa menettänyt sintrausaktiivisuutensa ja sen hiukkaskoko muuttuu vain vähän virran vaikutuksesta, joten sen pintaresistanssi pysyy vakaana. Lisäksi suurempien hiukkaskokojen LNF-2 ja LNF-3 yksittäisten solujen ohminen impedanssi on pienempi kuin LNF-1, mikä liittyy niiden pienempään kosketuskomponenttialueen resistanssiin ja parempaan. katodiliitäntäkosketin. Samaan aikaan sekä LNF-2 että LNF-3 yksittäiset kennot osoittivat pienempää polarisaatiovastusta, mikä osoittaa, että LNF-hiukkaskoon lisääminen voi parantaa hapen siirtymistä ja diffuusiota ilmassa katodipuolella. Useissa lämpösyklikokeissa LNF-2-yksikenno osoitti erinomaista sähkökemiallista alkusuorituskykyä, mutta säilytti silti hyvän sintrausaktiivisuuden oman ominaisuutensa ansiosta. Pitkäaikaisen käytön aikana korkeissa lämpötiloissa ja useiden sähkökemiallisten suorituskykytestien aikana sen hiukkaset karkenevat todennäköisemmin aiheuttaen huokosvaurioita ja rajapinnan kuoriutumista, mikä heikentää merkittävästi yhden kennon suorituskykyä. Sitä vastoin LNF-3-materiaaleilla, joille on tehty korkean lämpötilan sintrausesikäsittely, on huono sintrausaktiivisuus, ja ne voivat säilyttää hyvän rakenteellisen vakauden korkean lämpötilan lämpöjaksojen aikana.
Yksittäisten solujen EIS-spektrit (a) ja DRT-sovituskuvaajat (b) hapen osapaineessa 2,1 × 104 ja 3 × 103 Pa, ja niitä vastaava ohminen vastus (c) ja polarisaatiovastus (d)
Tämän artikkelin kohokohdat:
1. Verrattuna käsittelemättömään LNF-1-materiaaliin, hiukkasohjattu LNF-2 ja LNF-3 voivat vähentää levyn kestävyyttä. Kosketinkomponentin pintaresistanssi voi saavuttaa nopeasti vakaan tilan nykyisen kuormituksen alaisena, ja rakenne voidaan säilyttää vakaana pitkäaikaisissa virtakuormitusolosuhteissa.
2. Suuri hiukkaskokoinen LNF-kontaktimateriaali voi optimoida katodin rajapinnan kosketuksen, edistää hapen diffuusiota ja kuljetusta katodipuolella ja parantaa yhden solun lähtötehoa.
3. Kuivapuristettu rakeistettu LNF-materiaali säilyttää edelleen tietyn sintrausaktiivisuuden, mikä johtaa huonoon lämpösyklin stabiilisuuteen. Korkean lämpötilan sintrausesikäsittely voi parantaa merkittävästi LNF-katodikontaktimateriaalien rakenteellista vakautta lämpökierto- ja purkausprosessien aikana.
Kaaviokaaviot ja SEM-kuvat yksittäisten kennojen katodikontaktiliitännöistä lämpösyklin jälkeen
Kommentti:
1. Tässä artikkelissa kirjoittaja tutkii katodikosketinkokoonpanon pintaresistanssin kehitystä LNF-materiaalin hiukkaskoosta ja sen vaikutusta SOFC-yksikennon sähkökemialliseen suorituskykyyn ja stabiilisuuteen. Havaittiin, että hiukkaskoon kasvattaminen korkean lämpötilan sintrauksella vähentää katodikosketinkokoonpanon levyresistanssia. Kosketinkomponentin pintaresistanssi voi nopeasti saavuttaa vakaan tilan virran kuormituksessa ja rakenne voidaan säilyttää vakaana pitkäaikaisissa virtakuormitusolosuhteissa, mikä tarjoaa hyvän referenssin SOFC:n suorituskyvyn parantamiselle.
2. Tämä tutkimus on suunnattu kiinteiden oksidien polttokennopinojen alhaisen vastuksen ja korkean johtavuuden kosketusmateriaalien todellisiin tarpeisiin. Tutkittiin LaNi0.6Fe0.4O3:n hiukkaskoon säätelyn vaikutusta johtavuuteen ja SOFC-yksikennon suorituskykyyn sekä toimintaolosuhteiden, kuten ilman happipitoisuuden ja lämpösyklin vaikutusta yksittäiseen soluun. solujen suorituskykyä LNF-rakeistuksen aikana eri keinoin käyttäen analysoitiin yksityiskohtaisesti. Paperin konsepti on suhteellisen uusi, ajattelu selkeää, luetellut tiedot tukevat hyvin vastaavia kysymyksiä ja sillä on tiettyä käytännön sovellusarvoa. Artikkelissa on selkeä rakenne, järkevä logiikka ja standardoitu kirjoitus.
