Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Supporting effect of silver on BSCF cathodes for SOFC

Kędra A., Mosiałek M., Krzan M., Tatko M., Zimowska M., Bielańska E., Czerlunczakiewicz E.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 1

70--75

EN

Cathode materials for solid oxide fuel cells should show good catalytic activity in the oxygen reduction reaction (ORR), high electronic and ionic conductivities at relatively low temperature, and the thermal expansion coefficients (TECs) compatible with the electrolyte. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ (BSCF) shows one of the greatest catalytic activity in ORR which occurs on the overall surface of the electrode. Oxygen vacancies in BSCF permit to transport a significant amount of oxygen ions. Nevertheless, BSCF revealed its high TEC and low electrical conductivity. Some properties of the electrode can be improved by adding a second phase to the BSCF electrode. Silver shows the greatest electronic conductivity among metals; it is cheap and has excellent catalytic activity in the ORR. Moreover, the presence of Ag in the composite cathode increases the electronic conductivity of the cathode and reduces the area specific resistance (ASR). The goal of this work is to make comparison among properties of the BSCF cathode, the Ag cathode, the cathode with silver interlayer between BSCF and electrolyte (Ag|BSCF), and the Ag|BSCF cathode with the additional silver layer on the top of the cathode (Ag|BSCF|Ag). The cathodes were prepared on the Ce0.8Sm0.2O1.9 electrolyte disks and tested using scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy. SEM examinations of the obtained electrodes revealed consistent with the goal, well connected, porous 3D structures. The contact was significantly better in case of the composite electrodes. Equivalent electrical circuits were used for fitting impedance spectra. The circuits consisted of a resistor R0 and three (or two) resistors and capacitors parallel connected in pairs (Ri, Ci) and combined in series. The fitting errors were smaller than 0.7% in all cases. The m and α coefficients were received from Arrhenius plots of ASR and the fitting, and indicated that the charge transfer was the rate-determining step for the Ag|BSCF|Ag electrode, whereas for the BSCF and Ag|BSCF electrodes it was the oxygen ions transport through the BSCF. Activation energies of ASR for the BSCF, Ag, Ag|BSCF and Ag|BSCF|Ag cathodes were similar, yielding the values of 55.1 kJ∙mol-1, 47.7 kJ∙mol-1 , 47.7 kJ∙mol-1 and 37.9 kJ∙mol-1, respectively.

PL

Materiały katodowe stosowane w ogniwach paliwowych z elektrolitem ze stałego tlenku powinny charakteryzować się dobrą aktywnością katalityczną w reakcji redukcji tlenu (ang. oxygen reduction reaction, ORR), wysokim przewodnictwem elektronowym i jonowym w relatywnie niskich temperaturach, a także współczynnikiem rozszerzalności termicznej kompatybilnym z elektrolitem. Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3–δ (BSCF) jest jednym z najlepszych katalizatorów ORR. Wysokie przewodnictwo jonowe anionów tlenkowych BSCF zawdzięcza obecności dużej ilości wakancji tlenowych. Niemniej jednak BSCF charakteryzuje się wysokim współczynnikiem rozszerzalności termicznej oraz niskim przewodnictwem elektronowym. Tworzenie katod kompozytowych z domieszkowaniem odpowiednich materiałów może doprowadzić do polepszenia właściwości elektrody wykonanej z BSCF. Doskonałym materiałem do tworzenia kompozytów z BSCF jest srebro. Srebro jest nie tylko tanim materiałem o wysokiej aktywności katalitycznej w ORR, ale przede wszystkim charakteryzuje się najwyższym wśród metali przewodnictwem elektronowym. Zjawisko „płynięcia” srebra pod wpływem wysokich temperatur przyczynia się do polepszenia kontaktu między elektrodą a elektrolitem, co jest niezbędne do zwiększenia przewodnictwa elektronowego katody oraz obniżenia wartości oporu polaryzacyjnego. Celem niniejszej pracy jest porównanie jednoskładnikowych elektrod wykonanych z BSCF oraz srebra z elektrodą kompozytową Ag|BSCF, w której na warstwę srebra nałożono warstwę BSCF oraz z elektrodą Ag|BSCF|Ag z dodatkową warstwą srebra na powierzchni. Elektrody wykonano na elektrolicie w postaci dysku wykonanego z Ce0,8Sm0,2O1,9. Otrzymane kompozyty scharakteryzowano metodami skaningowej mikroskopii elektronowej i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Zdjęcia z mikroskopu elektronowego potwierdziły otrzymanie porowatych, trójwymiarowych struktur. W celu dopasowania widm impedancyjnych zastosowano zastępcze obwody elektryczne, składające się z połączonych szeregowo rezystora R0 i trzech (lub dwóch) połączonych równolegle par rezystorów i kondensatorów (Ri, Ci). Błędy dopasowań w każdym przypadku nie przekraczały 0,7%. Wartości współczynników m oraz α, otrzymane z równania Arrheniusa oraz dopasowań, wskazują, że dla katody Ag|BSCF|Ag etap przenoszenia ładunku limituje szybkość reakcji, podczas gdy dla elektrod BSCF i Ag|BSCF etapem limitującym jest transport jonów tlenkowych poprzez BSCF. Energia aktywacji dla oporu polaryzacyjnego elektrod BSCF, Ag, Ag|BSCF i Ag|BSCF|Ag jest zbliżona i wynosi odpowiednio 55,1 kJ∙mol-1, 47,7 kJ∙mol-1 , 47,7 kJ∙mol-1 i 37,9 kJ∙mol-1.

2

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ composite cathode for solid oxide fuel cell

Mosiałek M., Kędra A., Krzan M., Bielańska E., Tatko M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1483--1488

EN

Composite cathodes contain Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ were tested in different configuration for achieving cathode of area specific resistance lower than Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ cathodes. Electrodes were screen printed on samaria-doped ceria electrolyte half-discs and tested in the three electrode setup by the electrochemical impedance spectroscopy. Microstructure was observed by scanning electron microscopy. The lowest area specific resistance 0.46 and 2.77 Ω cm-2 at 700 °C and 600 °C respectively revealed composite cathode contain Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ in 1:1 weight ratio. The area specific resistance of this cathode is characterized by the lowest activation energy among tested cathodes.

3

Composite Ag-La0.8Sr0.2 MnO3-σ cathode for solid oxide fuel cells

Mosiałek M., Przybyła M., Tatko M., Nowak P., Dudek M., Zimowska M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1337--1340

EN

Composite cathodes for solid oxide fuel cells composed of metallic silver dispersed in ceramic (Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ ) matrix were prepared on the surface of solid electrolyte by two-step procedure. First the matrix of controlled porosity was created by sintering mixture of Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ powder with the organic polymer beads then the matrix was saturated with AgNO3 solution and sintered again. Such obtained cathodes showed higher electrical conductivity and lower charge transfer resistance in oxygen reduction reaction in comparison to pure ceramic cathodes.

PL

Na powierzchni elektrolitu stałego wytwarzano kompozytowe katody dla stałotlenkowych ogniw paliwowych zbudowane z metalicznego srebra rozproszonego w osnowie z Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ .Osnowę o kontrolowanej porowatości otrzymywano przez prażenie mieszaniny proszku Ag-La0.8 Sr0.2 MnO3-σ z kulkami z tworzywa organicznego. Porowatą osnowę nasycano roztworem AgNO3 i ponownie wyprażano. Tak otrzymane katody wykazywały wyższą przewodność elektryczną i niższą oporność aktywacyjną w reakcji redukcji tlenu w porównaniu z katodami z czystej ceramiki.

4

Composite Ag-La0.6Sr0.4Co0.8 Fe0.2O3-σ cathode material for solid oxide fuel cells, preparation and characteristic

Mosiałek M., Tatko M., Dudek M., Bielańska E., Mordarski G.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1341--1345

EN

Composite cathodes Ag-La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ were obtained by two different procedures. In the first procedure porous La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ (LSCF) matrix was prepared by sintering the LSCF paste, the matrix was then saturated with AgNO3 solution and sintered again. Introduced silver crystalized in the form of 10 nm crystallites in the whole LSCF matrix. In the second procedure the paste of silver powder was deposited on the surface of electrolyte and dried. The layer of silver paste was then covered by a layer of the LSCF paste and sintered at 850°C. The following cells were tested: H2|Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9LSCF|O2, H2|Ni-Ce0.8Gd0.2 O1.9|Ce0.8 Sm0.2 O1.9 |LSCF-Ag|O2 and H2 |Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9|Ag|LSCF|O2. Introduction of silver interlayer between cathode and electrolyte increased output power by 18-28% whereas introduction of metallic silver into porous LSCF caused increase in power by 14-18%.

PL

Kompozytowe katody Ag-La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ wykonano dwoma sposobami. W pierwszej metodzie otrzymano poro- watą matrycę La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ (LSCF) poprzez wyprażenie pasty LSCF, następnie nasączono ją roztworem AgNO3 i ponownie wyprażono. Wprowadzone srebro wykrystalizowało w postaci 10 nm krystalitów w matrycy LSCF. W drugiej metodzie na powierzchni elektrolitu położono pastę srebrną a po wysuszeniu pastę LSCF i wyprażono w 850°C. Testowano następujące ogniwa H2|Ni-Ce0.8Gdo.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9LSCF|O2, H2|Ni-Ce0.8Gd0.2 O1.9|Ce0.8 Sm0.2 O1.9 |LSCF-Ag|O2 and H2 |Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9|Ag|LSCF|O2. Wprowadzenie warstwy srebra pomiędzy katodę a elektrolit podniosło moc ogniwa o 18-28% podczas gdy wprowadzenie srebra do porowatego LSCF spowodowało wzrost mocy o 14-18%.