Nanocrystalline cathodes for solid oxide fuel cells made of noble metals

• Autorzy: Chrzan A. , Karczewski J. , Jasiński P.

Warianty tytułu

PL

Nanokrystaliczne katody dla tlenkowych ogniw paliwowych z metali szlachetnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cathodes for solid oxide fuel cells prepared by the infiltration method at 600 ^°C are presented. The infiltration method allows to produce stable, nanostructured cathodes. Cathodes were prepared using gold, platinum, La₂NiO_4+δ (L2N) and La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ (LSCF). Symmetrical cathode/electrolyte/cathode samples were prepared and examined with SEM microscopy and electrochemical impedance spectroscopy. Despite successful deposition of cathode with high active surface area, LSCF performance was unmatched by the other materials. However, at temperatures below 600 ^°C infiltrated L2N showed polarization resistance lower than the brush painted LSCF cathode (reference).

PL

W artykule zbadano katody tlenkowych ogniw paliwowych przygotowane poprzez nasączanie i spieczenie w 600 ^°C. Metoda nasączania pozwala na przygotowanie stabilnych, nanokrystalicznych elektrod. Wykorzystując do nasączania prekursor polimerowy przygotowano katody: Ag, Pt, La₂NiO_4+δ (L2N) oraz La₂NiO_4+δ (L2N) and La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ (LSCF). Wykonano symetryczne próbki katoda/elektrolit/katoda i zbadano je za pomocą mikroskopii SEM oraz spektroskopii impedancyjnej. Pomimo wykonania próbek ze stosunkowo dużą aktywną powierzchnią, żaden nasączany materiał nie pozwolił uzyskać oporu polaryzacyjnego porównywalnego z LSCF. Oprócz LSCF, jedynie katoda nasączana L2N wykazywała opór polaryzacyjny niższy od katody z komercyjnej pasty LSCF.

Słowa kluczowe

EN

nanocrystalline cathodes; solid oxide fuel cells; noble metals

PL

katody nanokrystaliczne; tlenkowe ogniwa paliwowe; metale szlachetne; metoda nasączania

• Wydawca: Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału ETI Politechniki Gdańskiej. Technologie Informacyjne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 23
• Strony: 46--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Chrzan A.

• Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, Gdansk University of Technology, Gdańsk, Poland

autor

Karczewski J.

• Faculty of Applied Mathematics and Physics, Gdansk University of Technology, Gdańsk, Poland

autor

Jasiński P.

• Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, Gdansk University of Technology, Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] O.Z. Sharaf, M.F. Orhan, An overview of fuel cell technology: Fundamentals and applications, Renew. Sustain. Energy Rev. 32 (2014) 810–853. doi:10.1016/j.rser.2014.01.012.
• [2] N. Mahato, A. Banerjee, A. Gupta, S. Omar, K. Balani, Progress in material selection for solid oxide fuel cell technology: A review, Prog. Mater. Sci. 72 (2015) 141–337. doi:10.1016/j.pmatsci.2015.01.001.
• [3] S.B. Adler, Factors governing oxygen reduction in solid oxide fuel cell cathodes., Chem. Rev. 104 (2004) 4791–843. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15669169.
• [4] A. Chrzan, J. Karczewski, D. Szymczewska, P. Jasinski, Nanocrystalline cathode functional layer for SOFC, Electrochim. Acta. 225 (2017) 168–174. doi:10.1016/j.electacta.2016.12.128.
• [5] R. Kiebach, P. Zielke, J.V.T. Høgh, K. Thydén, H.J. Wang, R. Barford, P. V. Hendriksen, Infiltration of SOFC Stacks: Evaluation of the Electrochemical Performance Enhancement and the Underlying Changes in the Microstructure, Fuel Cells. 16 (2016) 80–88. doi:10.1002/fuce.201500107.
• [6] R. Küngas, T.B. Hertz, T. Heiredal-Clausen, Characterization and Stack Testing of Solid Oxide Fuel Cells with Cathodes Prepared by Infiltration, J. Electrochem. Soc. 163 (2016) F38–F43. doi:10.1149/2.0231602jes.
• [7] A. Chrzan, S. Ovtar, M. Chen, LaNi 1-x Co x O 3-δ (x=0.4 to 0.7) cathodes for solid oxide fuel cells by infiltration, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 104 (2016) 12019. doi:10.1088/1757-899X/104/1/012019.
• [8] A. Chrzan, S. Ovtar, P. Jasinski, M. Chen, A. Hauch, High performance LaNi 1-x Co x O 3-δ (x = 0.4 to 0.7) infiltrated oxygen electrodes for reversible solid oxide cells, J. Power Sources. 353 (2017) 67–76. doi:10.1016/j.jpowsour.2017.03.148.
• [9] A.J. Samson, M. Søgaard, R. Knibbe, N. Bonanos, High Performance Cathodes for Solid Oxide Fuel Cells Prepared by Infiltration of La0.6Sr0.4CoO3−δ into Gd-Doped Ceria, J. Electrochem. Soc. 158 (2011) B650. doi:10.1149/1.3571249.
• [10] J. Van Herle, A.J. McEvoy, K. Ravindranathan Thampi, Oxygen reduction at porous and dense cathodes for solid oxide fuel cells, Electrochim. Acta. 39 (1994) 1675–1680. doi:10.1016/0013-4686(94)85153-0.
• [11] M.P. Pechini, N. Adams, Method of preparing lead and alkaline earth titanates and niobates and coating method using the same to form a capacitor, United states Pat. Off. (1967) 01–07. http://scholar.google.com/scholar?hl=en&btnG=Search&q=intitle:Method+of+preparing+lead+and+alkaline+earth+titanates+and+niobates+and+coating+method+using+the+same+to+form+a+capactor#0.
• [12] A. Chrzan, J. Karczewski, M. Gazda, D. Szymczewska, P. Jasinski, La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3-δ oxygen electrodes for solid oxide cells prepared by polymer precursor and nitrates solution infiltration into gadolinium doped ceria backbone, J. Eur. Ceram. Soc. 37 (2017) 3559–3564. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2017.04.032.
• [13] A. Chrzan, Ł. Woźniak, D. Szymczewska, P. Jasiński, Zirconia-based mixed potential sensor with Pt electrode prepared by spin-coating of polymeric precursor, w: P. Jasiński (Red.), Proc. SPIE, International Society for Optics and Photonics, 2016: s. 101610A.doi:10.1117/12.2247539.
• [14] A.J. Samson, M. Søgaard, P.V. Hendriksen, Model for solid oxide fuel cell cathodes prepared by infiltration, Electrochim. Acta. 229 (2017) 73–95. doi:10.1016/j.electacta.2017.01.088.