Materiál kontaktu katody LaNi{{0}}.6Fe0,4O3: Manipulace s elektrickými vodivými vlastnostmi a jejich vliv na elektrochemický výkon SOFC
ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. Materiál kontaktu katody LaNi{{0}}.6Fe0,4O3: Manipulace s elektrickými vodivými vlastnostmi a jejich vliv na elektrochemický výkon SOFC[J]. Journal of Anorganic Materials, DOI: 10.15541/jim20230353.
Schematické schéma rozhraní katody a propojovacího kontaktu
Během procesu montáže sady plochých pevných oxidových palivových článků (SOFC) je přímý kontakt mezi keramickou katodou a kovovým konektorem špatný a napětí je vysoké. Je snadné vytvořit velký kontaktní odpor rozhraní, což zase ovlivňuje výkon a stabilitu stohu. Mezi katodu a konektor je obvykle přidána katodová kontaktní vrstva pro zlepšení kontaktu rozhraní. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 (LNF) má výhody vysoké elektrické vodivosti a odpovídající koeficientu tepelné roztažnosti s materiály katody a konektorů. Je to široce používaný materiál kontaktní vrstvy v plochém SOFC. Během dlouhodobého provozu souvrství však dochází u LNF k jevům, jako je hrubnutí částic a výrazné změny povrchového odporu, což vede k poškození kontaktního rozhraní a tím ovlivňuje výkon souvrství. Výzkumná skupina Zhu Tenglonga na Nanjing University of Science and Technology použila k přípravě materiálů LNF s velkými částicemi dvě metody, granulaci za sucha a vysokoteplotní slinování, a studovala vývoj povrchového odporu při proudovém zatížení a jeho dopad na elektrochemický výkon SOFC. jednotlivé buňky.
Vývoj ASR LNF v závislosti na čase pod 750 stupni a 1A/cm2, SEM snímky LNF před a po testu ASR(a) Počáteční; (b) Po testu
Výzkum naznačuje. Ve srovnání s neošetřenými LNF-1 mají LNF-2 a LNF-3, které prošly suchou lisovací granulací a vysokoteplotním slinováním, nižší počáteční povrchový odpor. Velikost částic malé velikosti LNF se výrazně zvýší pod proudovým zatížením. Ačkoli LNF-2 granulovaný suchým lisováním má větší velikost částic, zachovává si lepší slinovací aktivitu, takže také vykazuje zjevnější jev slinování při proudovém zatížení, což má za následek snížení odporu plechu. LNF-3, který prošel předúpravou vysokoteplotním slinováním, v podstatě ztratil svou slinovací aktivitu a velikost jeho částic se působením proudu mění jen málo, takže jeho povrchový odpor zůstává stabilní. Ohmická impedance jednotlivých článků LNF-2 a LNF{8}} s většími velikostmi částic je navíc menší než u LNF-1, což souvisí s jejich nižším odporem kontaktní plochy a lepší kontakt rozhraní katody. Současně jednotlivé články LNF-2 i LNF{11}} vykazovaly menší polarizační odpor, což naznačuje, že zvýšení velikosti částic LNF může zlepšit přenos a difúzi kyslíku ve vzduchu na straně katody. V několika experimentech s tepelným cyklem vykazoval jediný článek LNF{12}} vynikající počáteční elektrochemický výkon, ale stále si zachoval dobrou slinovací aktivitu díky své vlastní. Během dlouhodobého provozu při vysokých teplotách a vícenásobných testů elektrochemického výkonu jeho částice pravděpodobněji zhrubnou, což způsobí poškození pórů a odlupování rozhraní, což vede k výraznému zeslabení výkonu jednotlivých článků. Naproti tomu materiály LNF{14}}, které prošly předúpravou vysokoteplotním slinováním, mají špatnou slinovací aktivitu a mohou si udržet dobrou strukturální stabilitu během vysokoteplotních tepelných cyklů.
EIS spektra (a) a DRT fit grafy (b) jednotlivých článků pod parciálním tlakem kyslíku 2,1 × 104 a 3 × 103 Pa a jejich odpovídající ohmický odpor (c) a polarizační odpor (d)
Hlavní body tohoto článku:
1. Ve srovnání s neupraveným LNF-1 materiálem mohou částicemi kontrolované LNF-2 a LNF-3 snížit plošný odpor. Povrchový odpor kontaktní součásti může rychle dosáhnout ustáleného stavu při proudovém zatížení a struktura může být udržována stabilní při podmínkách dlouhodobého proudového zatížení.
2. Kontaktní materiál LNF s velkou velikostí částic může optimalizovat kontakt katodového rozhraní, podporovat difúzi a transport kyslíku na katodové straně a zlepšit výkon jednotlivých článků.
3. Za sucha lisovaný granulovaný LNF materiál si stále zachovává určitou slinovací aktivitu, což má za následek špatnou stabilitu tepelného cyklu. Předúprava vysokoteplotním slinováním může výrazně zlepšit strukturální stabilitu kontaktních materiálů LNF katody během tepelných cyklů a procesů vybíjení.
Schematické diagramy a SEM snímky pro katodová kontaktní rozhraní jednotlivých článků po tepelném cyklování
Komentář:
1. V tomto článku autor studuje vývoj povrchového odporu sestavy katodového kontaktu v důsledku velikosti částic materiálu LNF a jeho dopadu na elektrochemický výkon a stabilitu SOFC jednoduchého článku. Bylo zjištěno, že zvýšení velikosti částic vysokoteplotním slinováním snižuje plošný odpor sestavy katodového kontaktu. Povrchový odpor kontaktní součásti může rychle dosáhnout ustáleného stavu při proudovém zatížení a struktura může být udržována stabilní při podmínkách dlouhodobého proudového zatížení, což poskytuje dobrou referenci pro zlepšení výkonu SOFC.
2. Tento výzkum je orientován na aktuální potřeby kontaktních materiálů s nízkým odporem a vysokou vodivostí pro soustavy palivových článků z pevných oxidů. Byl studován mechanismus vlivu řízení velikosti částic LaNi0.6Fe0.4O3 na vodivost a výkon jednotlivých článků SOFC a vliv provozních podmínek, jako je obsah vzdušného kyslíku a tepelný cyklus na jednotlivé články. výkonnost buněk během granulace LNF za použití různých prostředků byla podrobně analyzována. Koncepce článku je poměrně nová, myšlení je jasné, uvedená data mohou dobře podporovat odpovídající problémy a má určitou praktickou aplikační hodnotu. Článek má jasnou strukturu, rozumnou logiku a standardizované psaní.
