Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Nanocrystalline cathodes for solid oxide fuel cells made of noble metals

Chrzan A., Karczewski J., Jasiński P.

Zeszyty Naukowe Wydziału ETI Politechniki Gdańskiej. Technologie Informacyjne

|

2018

|

T. 23

46--52

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, La2NiO4+δ (L2N) and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-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, La2NiO4+δ (L2N) oraz La2NiO4+δ (L2N) and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-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.

2

Selected aspects of the design and operation of the first Polish residential micro-CHP unit based on solid oxide fuel cells

Kupecki J., Skrzypkiewicz M., Stefański M., Stępień M., Wierzbicki M., Golec T.

Journal of Power Technologies

|

2016

|

Vol. 96, nr 4

270--275

EN

The first Polish micro-combined heat and power unit (micro-CHP) with solid oxide fuel cells (SOFC) was designed and constructed in the facilities of the Institute of Power Engineering in Warsaw. The system was launched in September 2015 and is under investigation. At the current stage the unit is customized to operate on a pre-treated biogas. Adaptation of the fuel processing system, which is based on a steam reformer, makes it possible to utilize other gaseous and liquid fuels, including natural gas. The electric and thermal output of the system, up to 2 kW and about 2 kW, respectively, corresponds to the typical requirements of a detached dwelling or a small commercial site. Functionality of the system was increased by engaging two separate start-up modules, which are used for preheating the system from a cold state to the nominal working conditions. The first module is based on a set of electric heaters, while the second module relies on an additional start-up burner. The startup of the system from ambient conditions up to a thermally self-sufficient stage takes about 7 hours using the electric preheaters mode. Output residual heat was used to heat water to a temperature of about 50°C. The temperature of the flue gases at the inlet to the hot water tank was measured at approximately 300°C. Steam reforming of the biogas was performed by delivering deionized water to the steam reformer in order to maintain the S/C ratio at a range of 2–3.5. Selected aspects of the design and construction as well the first operational experiences are presented and discussed. The numerical modeling methodology is presented as a complimentary tool for system design and optimization.

3

Properties of Copper Doped Neodymium Nickelate Oxide as Cathode Material for Solid Oxide Fuel Cells

Lee K. J., Choe Y-J., Hwang H-J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

625--628

EN

Mixed ionic and electronic conducting K2NiF4-type oxide, Nd2Ni1-xCuxO4+δ (x=0~1) powders were synthesized by solid state reaction technique and solid oxide fuel cells consisting of a Nd2Ni1-xCuxO4+δ cathode, a Ni-YSZ anode and ScSZ as an electrolyte were fabricated. The effect of copper substitution for nickel on the electrical and electrochemical properties was examined. Small amount of copper doping (x=0.2) resulted in the increased electrical conductivity and decreased polarization resistance. It appears that this phenomenon was associated with the high mean valence of nickel and copper and the resulting excess oxygen (δ). It was found that power densities of the cell with the Nd2Ni1-xCuxO4+δ (x=0.1 and 0.2) cathode were higher than that of the cell with theNd2NiO4+δ cathode.

4

Cr Poisoning On Nd2Ni0.95Cu0.05O4+δ Cathode for Solid Oxide Fuel Cells

Choe Y-J., Lee K. J., Hwang H-J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

629--634

EN

In this study, Nd2Ni1-xCuxO4+δ (x=0, 0.05, 0.1, and 0.2) layered perovskite powders were synthesized by the glycine nitrate process (GNP) and the chromium poisoning effect on the electrochemical performance of the Nd2Ni0.95Cu0.05O4+δ and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.88O3-δ cathodes were investigated. In the case of the LSCF cathode, the strontium chromite phase formed after the exposure of the gaseous chromium species, while there was no additional phase in the Nd2Ni0.95Cu0.05O4+δ cathode. The area specific resistance (ASR) of the Nd2Ni0.95Cu0.05O4+δ cathode did not change significantly after the exposure of the gaseous chromium species at 800°C

5

The effect of applied control strategy on the current-voltage correlation of a solid oxide fuel cell stack during dynamic operation

Szmyd J. S., Komatsu Y., Brus G., Ghigliazza F., Kimijima S., Ściążko A.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 3

129--143

EN

This paper discusses the transient characteristics of the planar type SOFC cell stack, of which the standard output is 300 W. The transient response of the voltage to the manipulation of an electric current was investigated. The effects of the response and of the operating condition determined by the operating temperature of the stack were studied by mapping a current-voltage (I-V) correlation. The current-based fuel control (CBFC) was adopted for keeping the fuel utilization factor at constant while the value of the electric current was ramped at the constant rate. The present experimental study shows that the transient characteristics of the cell voltage are determined by primarily the operating temperature caused by the manipulation of the current. Particularly, the slope of the I-V curve and the overshoot found on the voltage was remarkably influenced by the operating temperature. The different values of the fuel utilization factor influence the height of the settled voltages. The CBFC has significance in determining the slope of the I-V characteristic, but the different values of the fuel utilization factor does not affect the slope as the operating temperature does. The CBFC essentially does not alter the amplitude of the overshoot on the voltage response, since this is dominated by the operating temperature and its change is caused by manipulating the current.

6

Some structural aspects of ionic conductivity in Co-doped ceria-based electrolytes

Dudek M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1355--1359

EN

The sinters of co-doped ceria solid solutions with the formula of Ce_0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9, where R = Y, Gd, Pr, Tb, 00.85Sm_0.15-xR_xO_1.9, where R = Y, Gd, Tb, 0 3+ to Pr⁴⁺ . The determined values of oxide transference number t_ion for Ce_0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9, R = Y, Gd in the temperature range 400-750°C and partial oxygen pressure from 10^-6 to 1 atm were close to 1, which indicated that materials investigated exhibited practically pure ionic oxide conductivity. On the other hand, the introduction of Tb³⁺ or Pr³⁺ higher than x>0.05 into solid solution Ce_0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9, R = Tb, Pr caused a decrease in the ionic transference number t_ion below 1 due to an increase in partial electronic conduction. This fact limiting investigated co-doped terbia and samaria or samaria and praseodymia ceria-based solid solutions for the further application as oxide electrolytes in solid oxide fuel cells. The analysis of bulk and grain boundary values indicated that partial substitution of Sm³⁺ by Y³⁺ or Gd³⁺ caused slight improvements in the ionic conductivity of Ce_0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9. The highest ionic conductivity was found for solid solution with chemical composition Ce_0.85Sm_0.1Y_0,05O_1.9. The selected co-doped ceria samples were tested as solid electrolytes in solid oxide fuel cells operating in the intermediate temperature range 500-750°C.

PL

Spieki roztworów stałych tlenku ceru (IV) domieszkowanego dwoma kationami Ce_0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9gdzie R = Y, Gd, Tb, Pr. zaś 0 0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9. gdzie R = Y, Gd,Tb, zaś 0 0.85Sm_0.15-xPr_xO_1.9kationów Sm³⁺ kationami Pr³⁺ powoduje już odstępstwa od liniowych zmian wielkości stałej sieci a badanych materiałów. Przyczyną tego zjawiska jest prawdopodobna zmiana stopnia utlenienia kationów Pr⁴⁺ na Pr³⁺ w badanym roztworze stałym. Wyznaczone wielkości liczb przenoszenia jonów tlenkowych t_ion dla grupy spieków roztworów stałych Ce_0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9, gdzie R = Y, Gd, gdzie 0 0.85Sm_0.15-xR_xO_1.9. R = Tb, Pr, gdzie x>0.05 stwierdzono spadek liczby przenoszenia jonów tlenkowych t_ion poniżej 1. Wzrost składowej przewodnictwa elektronowego w tych materiałach ogranicza ich potencjalne zastosowanie jako elektrolitów tlenkowych w stałotlenkowych ogniwach paliwowych. Spiek Ce_0.85Sm_0.1Y_0,05O_1.9 charakteryzuje się najwyższą przewodnością jonową z pośród badanych materiałów. Wybrane materiały na bazie tlenku ceru (IV) domieszkowanego dwoma kationami przetestowano jako elektrolity tlenkowe w stałotlenkowych ogniwach paliwowych pracujących w temperaturach 500-750°C.

7

Physicochemical properties of steel/coating composite interconnector for planar-type Solid Oxide Fuel Cell

Przybylski K., Brylewski T.

Ochrona przed Korozją

|

2010

|

nr 11

528-534

EN

A review is presented on the oxidation kinetics, electrical properties, chromium vaporization rate and microstructure investigations of the oxide products formed on Fe-25 wt.-Cr steel uncoated and coated by the screen printing method with thick films of [La,Sr]CoO3, [La,Ca]CrO3, [La,Sr]CrO3, MnCo2O4 and Mn1.5Cr1.5O4 in air and H2/H2O gas mixture at 1023-1173 K for up to 1000 hrs. To improve the poor electrical conductivity of the chromia scale, formed on uncoated steel during the oxidation process, the above electronic conducting thick films composed of paste containing an organic binder and powders prepared via "wet chemical" methods were applied. The oxidation process of the coated steel, taking place in variable temperature cycles, shows good compactness of the conducting layer, as well as good adhesion to the metal substrate, as determined by the structural modification of the intermediate, chromiarich layer formed between the coating and metal substrate. The obtained kinetics data revealed that the oxidation reactions followed approximately the parabolic rate law over the applied temperature range. The calculated parabolic rate constants for the oxidation of DIN 50049 uncoated and coated at 1023-1173K were of the order of 10-13 to 10-14 g2/cm4, which are typical of chromia-formers. The values of the in situ area specific resistance (ASR) measurements by dc two-probe technique for the Fe-25Cr/[La,Sr]CoO3, Fe-25Cr/[La,Ca]CrO3, Fe-25Cr/[La,Sr]CrO3, Fe-25Cr/MnCo2O4 and Fe-25Cr/ Mn1.5Cr1.5O4 composite materials, exposed to air and H2/H2O gas mixture at 1073 K, are lower than the acceptable ASR level of the order of 0.1 cm2 for the SOFC metallic interconnect material. Vaporization measurements of the studied coating layers, performed in humidified air under flow-rate independent conditions at 1073 K, revealed a decreasing volatilization rate of chromia species from the coating materials in comparison with the value of this parameter corresponding to oxide scale built mainly of chromia formed on uncoated steel. The best coating material, i.e. MnCo2O4 decreased Cr vaporization by a factor of about 3.5. The microstructure, phase and chemical analysis of the coating after oxidation were examined by means of SEM-EDS, TEM-SAD and XRD. The influence of the multilayer oxide products formation during interfacial reactions between the coating materials and metal substrates in SOFC operating conditions on the electrical properties of the studied ferritic steel covered with the films, is presented and discussed in terms of the applicability of the composite structural material for construction of the metallic interconnect used in SOFC.

PL

W pracy dokonano przeglądu wyników badań kinetyki utleniania, właściwości elektrycznych, szybkości parowania chromu i mikrostruktury stali Fe-25Cr czystej oraz stali pokrytej powłoką [La,Sr]CoO3, [La,Ca]CrO3, [La,Sr]CrO3, MnCo2O4 i Mn1.5Cr1.5O4 metodą sitodruku i poddanych utlenianiu w powietrzu i w mieszaninie gazu H2/H2O w zakresie temperatur 1023-1173 K w czasie sięgającym 1000 godz. W celu poprawy przewodnictwa elektrycznego zgorzeliny z tlenku chromu utworzonej na stali czystej, na jego powierzchnię nanoszono przewodzące powłoki w Proces utleniania stali pokrytej powłoką w warunkach izotermicznych i cyklicznych zmian temperatury wykazał zwartość i dobrą przyczepność powłoki przewodzącej do podłoża metalicznego, dzięki utworzeniu pośredniej warstwy reakcyjnej na granicy rozdziału powłoka/stal. Badania kinetyki utleniania stali DIN 50049 czystej oraz stali pokrytej powłoką wykazały, że proces narastania produktu reakcji może być z dobrym przybliżeniem opisany przez prawo paraboliczne. Obliczone paraboliczne stałe szybkości utleniania w/w próbek w zakresie temperatur 1023-1173K mieszczą się w przedziale od 10-13 do 10-14 g2/cm4i odpowiadają wartościom uzyskiwanym dla stopów typu "Chromia-formers". Powierzchniowa rezystancja elektryczna [ASR] szeregu układów: Fe-25Cr/(La,Sr)CoO3, Fe-25Cr/(La,Ca)CrO3, Fe-25Cr/ (La,Sr)CrO3, Fe-25Cr/MnCo2O4 i Fe-25Cr/ Mn1.5Cr1.5O4, zmierzona z użyciem metody dwusondowej w warunkach in situ w 1073 K w powietrzu i mieszaninie gazu H2/H2O, jest niższa od 0.1 ?cm2 i tym samym nie przekracza ona dopuszczalnego poziomu ASR ustalonego dla interkonektorów przewidzianych do zastosowania w ogniwach SOFC. W oparciu o pomiary szybkości parowania chromu z badanych próbek w warunkach przepływu powietrza zawierającego parę wodną w 1073K stwierdzono spadek szybkości tworzenia lotnych związków chromu ze stali pokrytej powłoką w porównaniu do stali czystej, na której tworzy się głównie tlenek chromu. Najniższą szybkość parowania Cr, prawie 3,5-krotnie mniejszą w porównaniu do szybkości ubytku masy stali Fe-25Cr czystej, stwierdzono w przypadku zastosowania powłoki MnCo2O4. Mikrostrukturę, skład chemiczny oraz fazowy produktów utleniania próbek badano metodami: SEM-EDS, TEM-SAD oraz XRD. Wpływ tworzenia się pośredniej warstwy reakcyjnej o wielowarstwowej budowie tlenkowej, będącej wynikiem oddziaływania powłoki przewodzącej z podłożem metalicznym na właściwości elektryczne badanych układów stal/powłoka, przedyskutowano w aspekcie przydatności zarówno stali Fe-25Cr jak i powłok ochronnych w kierunku opracowania technologii wytwarzania metalicznych interkonektorów przewidzianych do zastosowania w ogniwach paliwowych SOFC.

8

Kompozytowe elektrolity stałe jako elementy do budowy urządzeń elektrochemicznych i tlenkowych ogniw galwanicznych.

Dudek M.

Szkło i Ceramika

|

2007

|

R. 58, nr 2

7-13

PL

Na podstawie przeglądu literatury scharakteryzowano właściwości elektryczne kompozytowych dyspersyjnych przewodników jonowych oraz omówiono modele teoretyczne opisujące wzrost wartości przewodnictwa jonowego w tych materiałach. W tej pracy skoncentrowano się na analizie właściwości elektrycznych i mechanicznych ceramicznych elektrolitów tlenkowych zawierających min. roztwory stałe Zr0.84Y0.16O2 (8YSZ), Ce1-xMexO2 (Me = Sm, Gd, a x wynosi od 0.1 do 0.2) oraz CaZrO3, pod kątem zastosowania ich jako elementów do budowy stałotlenkowych ogniw paliwowych (SOFC), sensorów gazowych dla motoryzacji, czy w ogniwach galwanicznych służących m.in. do badania właściwości termodynamicznych układów tlenkowych o niskiej prężności tlenu. Wprowadzenie heterofazowych wtrąceń Al2O3 do osnowy roztworu stałego 8YSZ lub Ca3Al2O6 do matrycy CaZrO3 prowadzi do poprawy właściwości elektrycznych i mechanicznych w porównaniu do jednofazowych tworzyw. Znaczny wzrost odporności na kruche pękanie KlC zanotowano także w przypadku spieków 8YSZ zawierających jako wtrącenia Nd2Ti2O7. Poprawa właściwości mechanicznych elektrolitu 8YSZ jest cechą korzystną w aspekcie zastosowania go jako elementu m.in. do budowy stałotlenkowych ogniw paliwowych (SOFC) sensorów gazowych dla diagnostyki pokładowej OBD w motoryzacji. Kompozytowe spieki w układzie CaZrO3-Ca3Al2O6, wydają się być obiecującymi elektrolitami ceramicznymi do konstrukcji ogniw galwanicznych przeznaczonych do badania właściwości termodynamicznych układów tlenkowych o niskiej prężności tlenu, związków międzymetalicznych czy węglików w temperaturze poniżej 1000 stopni Celsjusza. Kompozytowe elektrolity laminatowe zawierające m.in. Ce0.8Sm0.2O2-Bi0.8Eb0.2O2 lub Ce0.9Gd0,1O2/BaCe0.8Y0.2O3/Ce0.9Gd0.1O1.95, wykazują lepszą stabilność w atmosferach gazowych o niskiej prężności tlenu. Elektrolity te z powodzeniem przetestowano w stałotlenkowych ogniwach paliwowych pracujących w temperaturach ok. 800 stopni Celsjusza.

EN

In this article, the brief review of the literature concerning the characteristics of composite ion conductors and also theoretical models analyzed the enhancement of ionic conduction are considered. Particular emphasis focused on the comparative analysis of electrical and mechanical properties of composite oxide electrolytes involving solid solutions Zr0.84Y0,16O2 (8YSZ), Ce1-xMexO2 (Me = Gd, Sm, where x = 0.1-0.2) and Ca-ZrO3, which could be applied as elements in solid oxide fuel cells (SOFC), gas sensors for automotive industry and solid oxide galvanic cells designed to study thermodynamic properties of oxide system with low equilibrium pressure, intermetallic compounds, carbides at temperatures below 1000 degrees centigrade. Introduction of heterophase Al2O3 inclusions into 8YSZ matrix or Ca3Al2O6 into the CaZr03 matrix, caused the improvement of electrical and mechanical properties compared to the monophase material. The Nd2Ti2O7 secondary phase was also able to coexist with 8YSZ matrix and the fracture toughness KIC of 8YSZ ceramics was significantly improved by Nd2Ti2O7 addition. The improvement of 8YSZ electrolyte mechanical properties is a positive feature, as far as the aspect of utilizing it as element for constructing solid oxide fuel cell or gas sensors working in the On board diagnosic system (OBD) in automotive industry. The prepared CaZrO3-Ca3Al2O6 composite material seems to be promising solid electrolyte for galvanic cells to the determination thermodynamic properties of oxides having low oxygen partial pressure, intermetallic compounds or carbides at the temperatures below 1000 degrees centigrade. Composite layered ceramics based on Ce0.8Sm0.2O2/Bi0.8Eb0.2 O2 or Ce0.9Gd0.1O2/BaCe0.8Y0.2O3/Ce0.9Gd0.1O1.95 system exhibited better electrolytic stability in gas atmospheres with low oxygen partial pressure at the temperatures 600-800 degrees centigrade. These materials are successfully tested as electrolytes in solid oxide fuel cells.

9

Thermodynamic Stability of LaCrO3 and CaZrO3 Using a Solid-state Galvanic Cell Method

Dudek M., Róg G., Kozłowska-Róg A.

Polish Journal of Chemistry

|

2007

|

Vol. 81, nr 1

23-29

EN

Thermodynamic stability of CaZrO3 with respect to LaCrO3 was investigated. The possible products of the reaction are La2Zr2O7 and CaCr2O4. The standard Gibbs free energy change for this reaction at T = 1273 K was calculated. To this purpose the standard Gibbs free energy of formation (from oxides) of LaCrO3, CaZrO3, La2Zr2O7 and CaCr2O4were obtained from the measurements of electromotive force (EMF) of respective solid-state galvanic cells. LaCrO3 was confirmed to be able to react with CaZrO3 spontaneously. However, the solid solutions based on LaCrO3, in which the activity of LaCrO3 at T = 1273 K reached the values below 0.168, are thermodynamically stable with respect to CaZrO3.

10

Microstructural and electrical conductivity properties of cubic zirconia doped with various amount of titania

Tekeli S., Akcimen A., Gürdal O., Gürü M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 25, nr 2

39-42

EN

Purpose: A dopant concentration higher than the optimum may reduce the number of mobile oxygen ions because of defect association causing conductivity degredation. In this study, the effect of TiO2 addition on the microstructure and electrical conductivity of cubic zirconia was investigated. Design/methodology/approach: The cubic zirconia powders with 0-10 wt% TiO2 were prepared by a colloidal processing and pressureless sintering. The effect of TiO2 addition on the microstructure and electrical conductivity of cubic zirconia was investigated. Sintered specimens were characterized by XRD, SEM and impedance spectroscopy. Findings: The experimental results showed that when the Ti02 amount was less than 5 wt %, the specimens were entirely single cubic phase; further addition of TiO2 (5 wt% or more) destabilized cubic zirconia phase and caused the formation of tetragonal phase. Grain size measurements for undoped and TiO2 doped cubic zirconia specimens showed that grain size decreased with increasing TiO2 content. The electrical conductivity of TiO2 doped cubic zirconia decreased with increasing TiO2 content and increased with increasing test temperature. Research limitations/implications: The measurement of electrical conductivity is one of the important requirements for the electrolyte in solid oxide fuel cells. Generally, the ac impedance of an ionic conductor contains the contributions from grain, grain boundary and electrode-electrolyte interface at high, intermediate and low frequencies, respectively, which can be reflected in a complex plane by three successive arcs. Originality/value: Determination of the microstructural and electrical conductivity properties of cubic zirconia doped with various amount of titania.

11

Koncepcja modelu ogniwa paliwowego SOFC

Milewski J., Miller A.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 20

302-308

PL

Przedstawiono koncepcję budowy modelu ogniwa paliwowego SOFC w oparciu o standardowo dostępne elementy w programie HYSYS.Plant. Opisane zostały podstawowe elementy składowe modelu ogniwa oraz przedstawione reakcje chemiczne uwzględnione w modelu. Przedstawiono wybrane charakterystyki ogniwa.

EN

Presentation of concept of SOFC model is given. The SOFC model was built in HYSYS.Plant environment based on standard libraries. Basically elements of SOFC model and chemical reactions are presented Selected performance characteristics of SOFC are presented.