PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Metaliczny interkonektor jako istotny element ogniwa paliwowego ze stałym elektrolitem tlenkowym SOFC

Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
EN
Metallic interconnect as a key element of solid oxide fuel cells
Języki publikacji
PL
Abstrakty
PL
W niniejszej pracy przedstawiono opis budowy ogniwa paliwowego ze stałym elektrolitem tlenkowym SOFC ze szczególnym uwzględnieniem roli, jaką w ogniwie odgrywa metaliczny interkonektor. Omówiono kryteria doboru materiałów na interkonektory, które z uwagi na specyficzne warunki eksploatacji ogniw są nieporównywalnie surowsze niż wymagania stawiane pozostałym komponentom ogniwa SOFC, niezależnie od jego konfiguracji. Poważnym problemem, pojawiającym się przy stosowaniu interkonektorów metalicznych, jest stopniowy wzrost powierzchniowej rezystancji elektrycznej, związany ze wzrostem grubości zgorzeliny tlenkowej podczas wysokotemperaturowego utleniania stali ferrytycznej. Zbyt wysoki opór elektryczny zgorzeliny może prowadzić do spadku mocy całego stosu ogniwa paliwowego. Ponadto w wyniku utworzenia takiej zgorzeliny zachodzi parowanie lotnych tlenków i tlenowodorotlenków chromu, które wbudowują się do materiału katody i powodują wzrost jej polaryzacji aktywacyjnej, co oznacza zarazem skrócenie czasu eksploatacji ogniwa SOFC. W celu ograniczenia tych niekorzystnych zjawisk, konieczna jest modyfikacja właściwości fizykochemicznych stopów metalicznych. Zazwyczaj osiąga się to przez naniesienie na powierzchnie stali ferrytycznych przewodzących powłok ochronnych o współczynnikach rozszerzalności cieplnej zbliżonym do jej wartości w odniesieniu do osnowy metalicznej i materiału katody. W świetle tego zagadnienia dokonano krytycznego podsumowania dotychczasowej wiedzy na temat badań właściwości fizykochemicznych metalicznych interkonektorów modyfikowanych powłokami ochronno-przewodzącymi o różnych składach.
EN
The present paper describes the construction of a solid oxide fuel cell with particular emphasis on the significance of the metallic interconnect. Some criteria for the selection of materials for interconnects were discussed; due to the specific operating conditions of the cells, these criteria are far more strict than in the case of other components of SOFCs, regardless of their configuration. A serious issue in the application of interconnects is the gradual increase in area specific resistance connected with an increase in the thickness of oxide scales during high-temperature oxidation of ferritic steel. Overly high electrical resistance of the scale may lead to a decrease in the power output of the whole stack of the SOFC. Furthermore, due to the formation of such a scale some volatile chromium oxides and oxyhydroxides vaporize, incorporating themselves into the electrode material and increasing its activation polarization, which results in lower durability of the SOFC. In order to prevent these detrimental processes, it is necessary to modify the physicochemical properties of metallic alloys. This is usually achieved by covering the surface of ferritic steels with conducting protective coatings with thermal expansion coefficients close to that of the metallic matrix and the cathode material. With regard to this issue, a critical review of the current knowledge on the research concerning physicochemical properties of metallic interconnects modified with conducting protective coatings of various composition is presented.
Rocznik
Strony
415--427
Opis fizyczny
Bibliogr. 59 poz., rys., wykr.
Twórcy
autor
  • Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Fizykochemii Ciała Stałego, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, brylew@agh.edu.pl
Bibliografia
  • [1] High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications, Singhal S.C., Kendall K. (Ed.), Elsevier, Kidlington Oxford (2003).
  • [2] Brown J.T.: High Conductivity Solid ionic Conductors, Takahashi T. (Ed.), World Scientific, Singapore, (1989), s. 630.
  • [3] http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review07/pdp_26_hartvigsen.pdf
  • [4] http://www.imiue.polsl.pl/dane/mylinks/ogniwa/
  • [5] Brylewski T.: „Metaliczne interkonektory w układzie metal/ceramika do zastosowania w ogniwach paliwowych SOFC”, Ceramika/Ceramics 107, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków, (2008).
  • [6] Kadowaki T., Shiomitsu T., Matsuda E., Nakagawa H., Tsuneizumi H., Maruyama T.: Solid State Ionics, 67, (1993), 65.
  • [7] Gil A., Penkalla H.J., Hänsel M., Norton J., Köck W., Quadakkers W.J.: Proceedings IX Conference on Electron Microscopy of Solids 6-9 May 1996 , Kraków-Zakopane, Poland.
  • [8] Brylewski T., Nanko M., Maruyama T., Przybylski K.: Solid State Ionics, 143, (2001), 131.
  • [9] Quadakkers W.J., Piron-Abellan J., Shemet V., Singheiser L.: Materials At High Temperatures, 20, (2003), 115.
  • [10] Yang Z., Weil K.S., Paxton D.M., Stevenson J.W.: J. Electrochem. Soc., 150, (2003), A1188.
  • [11] Zhu W.Z., Deevi S.C.: Mater. Res. Bull., 38, (2003), 957.
  • [12] Fergus J.W.: Mater. Sci. Eng. A, 397, (2005), 271.
  • [13] Yang Z., Singh P., Stevenson J.W., Xia G.-G.: J. Electrochem. Soc., 153, (2006), A1873.
  • [14] Przybylski K.: Portable and Emergency Energy Sources, Stoynov Z., Vladikova D. (Eds.), Prof. Marin Drinov Publishing Hiuse, Sofia (2006), s. 361.
  • [15] Fontana S., Amendola R., Chevalier S., Piccardo P., Caboche G.: J. Power Sources, 171, (2007), 652.
  • [16] Brylewski T., Przybylski K., Bućko M., Morgiel J.: High Temperature Corrosion and Materials Chemistry IV [ Electrochemistry Society Proceedings PV 2003-16, Opila E., Hou P., Maruyama T., Pieraggi B., Shifler D., Wuchina E. (Eds.), The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (2002), s. 159.
  • [17] Chen X., Hou P.Y., Jacobson C.P., Visco S.J., Jonghe L.C.D.: Solid State Ionics, 176, (2005), 425.
  • [18] Yang Z., Xia G., Stevenson J.W.: Electrochem. Solid-State Lett., 8, (2005), A168.
  • [19] Konysheva E., Laatsch J., Wessel E., Tietz F., Christiansen N., Singheiser L., Hilpert K.: Solid State Ionics, 177, (2006), 923.
  • [20] Yoon J.S., Lee J., Hwang H.J., Whang Ch.M., Moon J.-W., Kim D.-H.: J. Power Sources, 181, (2008), 281.
  • [21] Kofstad P., Bredesen R.: Solid State Ionics, 52, (1992), 69.
  • [22] Miyake Y., Yasuo T., Akiyama Y., Taniguchi S., Kadowaki M., Kawamura H., Saitoh T.: Solid Oxide Fuel Cell IV [ Electrochemistry Society Proceedings PV 95-1, Dokiya M., Yamamoto O., Tagawa H., Singhal S.C. (Eds)., The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (1995), s. 100.
  • [23] Przybylski K., Yurek G.J.: Mater. Sci. Forum, 43, (1989), 1.
  • [24] Hilpert K., Das D., Miller M., Peck D.H., Wei[ R.: J. Electrochem. Soc., 143, (1996), 3642.
  • [25] Badwal S.P.S., Bolden R., Föger K.: Proceedings 3rd European SOFC Forum, Stevens P. (Ed.), Oberrohrdorf, Switzerland, (1998), s. 105.
  • [26] Malkow Th., Crone U.v.d., Laptev A.M., Koppitz T., Breuer U., Quadakkers W.J.: Solid Oxide Fuel Cell V [ Electrochemistry Society Proceedings PV 97-40, Stimming U., Singhal S.C., Tagawa H., Lehnert W. (Eds.), The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (1997), s. 1245.
  • [27] Pirón-Abbellán J., Shemet V., Tietz F., Singheiser L., Quadakkers W.J., Gil A.: Solid Oxide Fuel Cells VII (SOFC VII) [ Electrochemistry Society Proceedings PV 2001-16, Yokokawa H., Singhal S.C. (Eds.), The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (2001), s. 811.
  • [28] Ueda M., Taimatsu H.: Proceedings 4th European SOFC Forum, McEvoy A. (Ed.), Oberrohrdorf, Switzerland, (2000), s. 793.
  • [29] Honegger K., Plas A., Diethelm R., Glatz W.: Solid Oxide Fuel Cells VII (SOFC VII) 9 Electrochemistry Society Proceedings PV 2001-16, Yokokawa H., Singhal S.C. (Eds.), The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (2001), s. 803.
  • [30] Piron-Abellan J., Tietz F., Shemet V., Gil A., Ladwein T., Singheiser L., Quadakkers W.J.: Proceedings 5th European Solid Oxide Fuel Cell Forum, Huijsmans J. (Ed.), The European Fuel Cell Forum, (2002), s. 248.
  • [31] Horita T., Kishimoto H., Yamaji K., Xiong Y., Sakai N., Brito M.E., Yokokawa H.: J. Power Sources, 176, (2008), 54.
  • [32] Froitzheim J., Meier G.H., Niewolak L., Ennis P.J., Hattendorf H., Singheiser L., Quadakkers W.J.: J. Power Sources, 178, (2008), 163.
  • [33] Huczkowski P., Quadakkers W.J.: Report Forschungszentrum Jülich, Energy Technology 65, (2007).
  • [34] Srilomsak S., Schilling D.P., Anderson H.U.: Proceedings 1st International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells, Singhal S.C. (Ed.), The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (1989), p.129.
  • [35] Quezel-Ambrunaz S., Mareschal M.: Bull. Soc. Fr. Miner. Crist., 86, (1963), 204.
  • [36] Ohno Y., Nagata S., Sato H.: Solid State Ionics, 9-10, (1983), 1001.
  • [37] Lu Z., Zhu J., Payzant E.A., Paranthaman M.P.: J. Am. Ceram. Soc., 88, (2005), 1050.
  • [38] Przybylski K., Brylewski T., Morgiel J.: Mater. Sci. Forum, 461-464, (2004), 1099.
  • [39] Yang Z.G., Xia G.G., Maupin G.D., Stevenson J.W.: J. Electrochem. Soc., 153, (2006), A1852.
  • [40] Zhu I.H., Zhang Y., Basu A., Lu Z.G., Paranthaman M., Lee D.F., Payzant E.A.: Surface&Coatings Techn., 177, (2004), 65.
  • [41] Mikkelsen L., Chen M., Hendriksen P.V., Persson A., Pryds N., Rodrigo K.: Surface&Coatings Techn., 202, (2007), 1262.
  • [42] Larring Y., Norby T.: J. Electrochem. Soc., 147, (2000), 3251.
  • [43] Gindorf C., Singheiser L., Hilpert K.: Steel Res. Int., 72, (2001), 528.
  • [44] Joy P.A., Date S.K.: J. Magnetism and Magnetic Materials, 210, (2000), 31.
  • [45] Chen X., Hou P.Y., Jacobson C.P., Visco S.J., Jonghe L.C.D.: Solid State Ionics, 176, (2005), 425.
  • [46] Lu Z., Zhu J., Payzant E.A., Paranthaman M.P.: J. Am. Ceram. Soc., 88, (2005), 1050.
  • [47] Yang Z.G., Xia G.G., Simner S.P., Stevenson J.W.: J. Electrochem. Soc., 152, (2005), A1896.
  • [48] Yang Z.G., Xia G.G., Li X.H., Stevenson J.W.: Int. J. Hydrogen Energy, 32, (2007), 3648.
  • [49] Garcia-Vargas M.J., Zahid M., Tietz F., Aslanides A.:, ECS Transactions, 7, (2007), 2399.
  • [50] Wei P., Deng X., Bateni M.R., Petric A.: Corrosion, 63, (2007), 529.
  • [51] Wei W.F., Chen W., Ivey D.G.: Chemistry. Mater., 19, (2007), 2816.
  • [52] Gorokhovsky V.I., Gannon P.E., Deibert M.C., Smith R.J., Kayani A., Kopczyk M., VanVorous D., Yang Z.G., Stevenson J.W., Visco S., Jacobson C., Kurokawa H., Sofie S.W.: J. Electrochem. Soc., 153, (2006), A1886.
  • [53] Piccardo P., Gannon P., Chevalier S., Viviani M., Barbucci A., Caboche G., Amendola R., Fontana S.: Surface&Coating Techn., 202, (2007), 1221.
  • [54] Piccardo P., Amendola R., Fontana S., Chevalier S., Caboche G., Gannon P.: J. Appl. Electrochem., 39, (2009), 545.
  • [55] Gannon P., Deibert M., White P., Smith R., Chen H., Priyantha W., Lucas J., Gorokhousky V.: Int. J. Hydrogen Energy, 33, (2008), 3991.
  • [56] Shaigan N., Qu W., Ivey D.G., Chen W.: J. Power Sources, 195, (2010), 1529.
  • [57] Qu W., Li H., Ivey D.G.: J. Power Sources, 138, (2004), 162.
  • [58] Sicre J.E., Dubois J.T., Eisentra K.J., Sievers R.E.: J. Am. Chem. Soc., 91, (1969), 3476.
  • [59] Cabouro G., Caboche G., Chevalier S., Piccardo P.: J. Power Sources, 156, (2006), 39.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-AGH1-0025-0054
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.