Kompozytowe elektrody dla ogniw SPCFC

• Autorzy: Skubida W. , Cichy K. , Świerczek K.

Warianty tytułu

EN

Composite electrodes for SPCFC fuel cells

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było opracowanie kompozytowych elektrod dla ogniw SPCFC (ang. symmetrical proton ceramc fuel cell). W pracy zaprezentowano wyniki badań strukturalnych dwóch związków zsyntezowanych metodą wysokotemperaturowej reakcji w fazie stałej: materiału elektrolitowego Ba0,9La0,1Zr0,25Sn0,25In0,5O3−δ oraz elektrodowego SrFe0,75Mo0,25O3-δ. Niezależnie od warunków syntezy, oba tlenki przyjęły strukturę krystaliczną perowskitu prostego (grupa przestrzenna Pm-3m). Na drodze wysokotemperaturowych pomiarów dyfrakcyjnych wykazano również, że symetria Pm-3m dla obu związków utrzymuje się w całym analizowanym zakresie temperatur, tj. od 25 °C do 900 °C. Wartości współczynników rozszerzalności termicznej wyniosły dla elektrolitu i elektrody odpowiednio 12,4(2)∙10-6 K-1 i 18,5(4)∙10-6 K-1. Przedstawione zostały również wyniki elektrochemicznych pomiarów przewodnictwa gęstego spieku materiału elektrolitowego (ponad 95% gęstości teoretycznej) oraz ogniwa z kompozytowymi elektrodami w układzie symetrycznym, skonstruowanego w oparciu o badane materiały ceramiczne. Badania przeprowadzono w atmosferach nawilżonego powietrza syntetycznego i mieszaniny

EN

The main aim of this work was to develop composite electrodes for SPCFC (Symmetrical Proton Ceramic Fuel Cell). The paper presents the results of structural studies of two compounds synthesized by the solid state high-temperature reaction: electrolyte Ba0.9La0.1Zr0.25Sn0.25In0.5O3-δ and electrode SrFe0.75Mo0.25O3-δ. Regardless of the synthesis conditions, both oxides adopted the cubic perovskite crystalline structure (space group Pm-3m). By means of high-temperature diffraction measurements, it was also shown that Pm-3m symmetry for both compounds is maintained throughout the analyzed temperature range, i.e. from 25 °C to 900 °C. The values of coefficients of thermal expansion were calculated to be 12.4(2)∙10-6 K-1 and 18.5(4)∙10-6 K-1 for the electrolyte and the electrode, respectively. The results of electrochemical measurements of conductivity of dense electrolyte material sinter (above 95% of theoretical density) and a cell with composite electrodes in a symmetrical system constructed on the basis of studied ceramics are also presented. The tests were carried out in atmospheres of humidified synthetic air and Ar/H2 mixture. The total cell conductivity was 3.80•10-4 S•cm-1 at 500 °C.

Słowa kluczowe

PL

struktura krystaliczna; perowskity; przewodnictwo protonowe; spiekalność

EN

crystal structure; perovskite; proton conductivity; sinterability

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 70, nr 2
• Strony: 138--151
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skubida W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Cichy K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Świerczek K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków ; AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Centrum Energetyki, ul. Czarnowiejska 36, 30-054, Kraków

Bibliografia

• [1] Dusastre, V., Kilner, J. A.: Optimisation of composite cathodes for intermediate temperature SOFC applications, Solid State Ionics, 126, (1999), 163.
• [2] Hea, B., Dingb, D., Lingc, Y., Zhaod, L., Chenga, J.: Fabrication and evaluation of stable micro tubular solid oxide fuel cells with BZCY-BZY bi-layer proton conducting electrolytes, Int. J. Hydrogen Energy, 39, (2014), 19087.
• [3] Iwahara, H., Asakurab, Y., Katahira, K., Tanaka, M.: Prospect of hydrogen technology using proton-conducting ceramics, Solid State Ionics, 168, 3, (2004), 299-310.
• [4] Sakai, T., Isa, K., Matsuka, M., Kozai, T., Okuyama, Y., Ishihara, T., Matsumoto H.: Electrochemical hydrogen pumps using Ba doped LaYbO3 type proton conducting electrolyte, Int. J. Hydrogen Energy, 38, (2013), 6842.
• [5] Zając, W., Rusinek, D., Zheng, K., Molenda, J.: Applicability of Gd-doped BaZrO3, SrZrO3, BaCeO3 and SrCeO proton conducting perovskites as electrolytes for solid oxide fuel cells, Cent. Eur. J. Chem., 11, (2013), 471.
• [6] Liu, X. J., Han, D., Zhou, Y. C., Meng, X., Wu, H., Li, J. L., Zeng, F. R.: Sc-substituted La0.6Sr0.4FeO3−δ mixed conducting oxides as promising electrodes for symmetrical solid oxide fuel cells, J. Power Sources, 246, (2014), 457.
• [7] Coronado, R. M., Aguadero, A., Coll, D. P., Troncoso, L., Alonso, J. A., Díaz, M. T. F.: Characterization of La0.5Sr0.5Co0.5Ti0.5O3−δ as symmetrical electrode material for intermediate-temperature solid-oxide fuel cells, Int. J. Hydrogen Energy, 37, (2012), 18310.
• [8] Vázquez, J. C., Morales, J. C. R., Marrero-López, D., Martínez, J. P., Núñez, P., Gómez-Romero, P.: Fe-substituted (La,Sr)TiO3 as potential electrodes for symmetrical fuel cells (SFCs), J. Power Sources, 171, (2007), 552.
• [9] Bastidas, D. M., Tao, S., Irvine, J. T. S.: A symmetrical solid oxide fuel cell demonstrating redox stable perovskite electrodes, J. Mater. Chem., 16, (2006), 1603.
• [10] Ruiz-Morales, J. C., Marrero-Lopez, D., Canales-Vazquez, J., Irvine, J.T.S.: Symmetric and reversible solid oxide fuel cells, RSC Adv., 1, (2011), 1403.
• [11] Larson, A. C., Von Dreele, R. B.: General structure analysis system (GSAS), Los Alamos Natl. Lab. Rep. No. LAUR-86-748 (2004).
• [12] Toby, B. H.: EXPGUI, a graphical user interface for GSAS, J. Appl. Cryst., 34, (2001), 210.
• [13] Skubida, W., Niemczyk, A., Zheng, K., Liu, X., Świerczek, K.: Crystal Structure, Hydration, and Two-Fold/Single-Fold Diffusion Kinetics in Proton-Conducting Ba0.9La0.1Zr0.25Sn0.25In0.5O3−δ Oxide, Crystals, 8, (2018), 136.
• [14] Andersson, A. K. E., Selbach, S. M., Knee, S. C., Grande, T.: Chemical Expansion Due to Hydration of Proton‐Conducting Perovskite Oxide Ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 97, (2014), 2654.
• [15] Han, D., Shinoda, K., Uda, T.: Dopant Site Occupancy and Chemical Expansion in Rare Earth‐Doped Barium Zirconate, J. Am. Ceram. Soc., 97, (2014), 643.
• [16] Kreuer, K. D.: On the complexity of proton conduction phenomena, Solid State Ionics, 136, (2000), 149.
• [17] Colomban, P., Slodczyk, A., Lamago, D., Andre, G., Zaafrani, O., Lacroix, O., Willemin, S., Sala, B.: Proton Dynamics and Structural Modifications in the Protonic Conductor Perovskites, J. Phys. Soc. Jpn., 79, (2010), Suppl. A 1-6.
• [18] Świerczek, K., Zając, W., Klimkowicz, A., Zheng, K., Malikova, N., Dabrowski, B.: Crystal structure and proton conductivity in highly oxygen-deficient Ba1−xLax(In,Zr,Sn)O3−δ perovskites, Solid State Ionics, 275, (2015), 58.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).