Использование прекурсоров для изготовления композитного материала на основе диоксида циркония, допированного 8 мол. % оксида иттрия (8YSZ), и NiO для анод-поддерживаемых ТОТЭ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе выполнена направленная оптимизация технологии изготовления двухслойных поддерживающих анодных подложек для планарных твердооксидных топливных элементов с использованием прекурсоров. Двухслойные поддерживающие анодные подложки для планарных ТОТЭ второго поколения были изготовлены методом литья на движущуюся ленту с последующим ламинированием. С целью приготовления композитного материала для токосъемного слоя, содержащего 60 об. % NiO, и функционального слоя, содержащего 40 об. % NiO (выбраны значения, близкие к первому и второму перколяционным порогам), использовали семиводный сульфат никеля NiSO4∙7H2O. Композитную смесь 8YSZ/NiSO4 прокаливали при температуре 1000°С. Использование указанного прекурсора привело к получению прочной анодной подложки, сохраняющей механическую стабильность при окислительно-восстановительных циклированиях. Мелкая дисперсность NiO в тонком функциональном слое привела к высокой плотности трехфазных границ, что положительно повлияло на электрохимическую активность анода. На основе поддерживающих анодных подложек были изготовлены модельные образцы твердооксидных топливных элементов, которые были исследованы с помощью стандартных электрохимических методик. Удельная мощность при рабочей температуре 750°С составила 1 Вт/см2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Агаркова

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

И. Н. Бурмистров

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН

Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

Д. В. Яловенко

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН

Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

О. Ю. Задорожная

АО “НЭВЗ-Керамикс”

Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Новосибирск, 630048

Ю. К. Непочатов

АО “НЭВЗ-Керамикс”

Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Новосибирск, 630048

С. В. Работкин

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН

Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Томск, 634055

А. А. Соловьев

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН

Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Томск, 634055

С. И. Бредихин

Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН

Email: stepanova.ea@issp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

Список литературы

  1. Yamaji, K., Kishimoto, H., Xiong, Yu., Horita, T., Sakai, N., and Yokokawa, H., Performance of anode-supported SOFCs fabricated with EPD techniques, Solid State Ionics, 2004, vol. 175, no. 1–4, p. 165.
  2. Song, J.-H., Park, S.-I., Lee, J.-H., and Kim, H.-S., Fabrication characteristics of an anode-supported thin-film electrolyte fabricated by the tape casting method for IT-SOFC, J. Mater. Proc. Techonol., 2008, vol. 198, no. 1–3, p. 414.
  3. Matsuda, M., Hosomi, T., Murata, K., Fukui, T., and Miyake, M., Fabrication of bilayered YSZ/SDC electrolyte film by electrophoretic deposition for reduced-temperature operating anode-supported SOFC, J. Power Sources, 2007, vol. 165, no. 1, p. 102.
  4. Chen, K., Chen, X., Lu, Z., Ai, N., Huang, X., and Su, W., Performance of an anode-supported SOFC with anode functional layers, Electrochim. Acta, 2008, vol. 53, no. 27, p. 7825.
  5. Wood, A, Pastula, M., Waldbilling, D., and Ivey, D.G, Initial testing of solutions to redox problems with anode-supported SOFC, J. Electrochem. Soc., 2006, vol. 153, no. 10, p. A1929.
  6. Jeangros, Q., Hansen, T.W., Wagner, J.B., Damsgaard, C.D., Dunin-Borowski, R.E., Hebert, C., Van herle, J., and Hessler-Wyser, A., Reduction of nickel oxide perticles by hydrogen studied in an environmental TEM, Energy Materials&Thermoelectric, 2013, vol. 48, no. 7, p. 2893.
  7. Liu, X., Meng, X., Han, D., Wu, H., Zeng, F., and Zhan, Z., Impregnated nickel anodes for reduced-temperature solid oxide fuel cells based on thin electrolytes of doped LaGaO3, J. Power Sources, 2013, vol. 222, p. 92.
  8. Han, K.R., Jeong, Y., Lee, H., and Kim, C.-S., Fabrication of NiO/YSZ anode material for SOFC via mixed NiO precursors, Mater. Letters, 2007, vol. 61, iss. 4–5, p. 1242.
  9. Sato, K., Naito, M., and Abe, H., Electrochemical and mechanical properties of solid oxide fuel cell Ni/YSZ anode fabricated from NiO/YSZ composite powder, J. Ceram. Soc., 2011, vol. 119, iss. 11, p. 876.
  10. Bredikhin, I., Sinitsyn, V., Aronin, A., Kuritsyna, I., and Bredikhin, S., Microstructural and Electrochemical Study of Charge Transport and Reaction Mechanisms in Ni/YSZ Anode, ECS Transactions, 2007, vol. 7, iss. 1, p. 1541.
  11. Agarkova, E.A., Burmistrov, I.N., Agarkov, D.A., Zadorozhnaya, O.Yu., Shipilova, A.V., Solovyev, A.A., Nepochatov, Yu.K., and Bredikhin, S.I., Bilayered anode supports for planar solid oxide fuel cells: Fabrication and electrochemical performance, Mater. Letters, 2021, vol. 283, p. 128752.
  12. Агаркова, Е.А., Агарков, Д.А., Бурмистров, И.Н., Задорожная, О.Ю., Яловенко, Д.В., Непочатов, Ю.К., Бредихин, С.И. Трехслойные мембраны для планарных твердооксидных топливных элементов электролит-поддерживающей конструкции: характеристики и применение. Электрохимия. 2020. Т. 56. С. 141. [Agarkova, E.A., Agarkov, D.A., Burmistrov, I.N., Zadorozhnaya, O.Yu., Yalovenko, D.V., Nepochatov, Yu.K., and Bredikhin, S.I., Three-layered membranes for planar solid oxide fuel cells of the electrolyte-supported design: characteristics and applications, Russ. J. Electrochem., 2020, vol. 56, p. 132.]
  13. Bredikhin, I., Sinitsin, V., Aronin, A., Kuritsyna, I., and Bredikhin, S., Microstructural and electrochemical study of charge transport and reaction mechanism in Ni/YSZ anode, ESC Transactions, 2007, vol. 7, no. 1, p. 1541.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Поперечное сечение (а, б) токосъемного и (в, г) функционального слоя анодной подложки (а, в) до и (б, г) после восстановления.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Нагрузочные кривые анодных подложек до и после восстановления.

Скачать (107KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Поперечное сечение 8YSZ/GDC-электролита и LSCF/GDC-LSCF-катода на поверхности анодной подложки.

Скачать (354KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вольт-амперные (а) и мощностные (б) характеристики ТОТЭ, полученные при 700, 750 и 800°С.

Скачать (142KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Годографы импедансных спектров ТОТЭ (а) и их частотная зависимость (б), полученные при 700, 750 и 800°С.

Скачать (135KB)
Метаданные

Примечание

Публикуется по материалам IX Всероссийской конференции с международным участием “Топливные элементы и энергоустановки на их основе”, Черноголовка, 2022.


© Российская академия наук, 2024