Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Mikrostruktura oraz właściwości elektryczne warstwy o strukturze spinelu na wybranych wysokochromowych stalach ferrytycznych

100%

Kruk A. , Stygar M. , Krauz M. , Homa M. , Adamczyk A. , Kucza W. , Rutkowski P. , Bobruk M. , Gil A. , Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

tom T. 66, nr 3

235--244

PL

Ważnym aspektem technologicznym w produkcji generatorów prądotwórczych jest dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych, bowiem od nich zależy wysoka sprawność energetyczna i niezawodność działania tych urządzeń. Interkonektor stanowi podstawowy element składowy ogniwa paliwowego, ponieważ doprowadza on poprzez system kanałów gazowe paliwo i utleniacz oraz odprowadza prąd elektryczny. W przypadku średniotemperaturowych stałotlenkowych ogniw paliwowych IT-SOFC do wytwarzania interkonektorów stosowane są wysokochromowe stale ferrytyczne, które w trakcie pracy ogniwa ulegają procesowi korozji, wykształcając ochronną zgorzelinę Cr2O3. Zgorzelina ta posiada dość znaczy opór elektryczny, a ponadto utlenia się do lotnych tlenków i tlenowodorotlenków chromu, które powodują „zatruwanie” pozostałych elementów ogniwa, obniżając tym samym jego sprawność. W celu przeciwdziałania tym niekorzystnym zjawiskom podjęto próbę zastosowania powłoki o składzie Y0,1Mn1,45Co1,45O4 jako ceramicznej warstwy ochronno-przewodzącej, nanoszonej metodą sitodruku bezpośrednio na powierzchnię stali ferrytycznej. W pracy przestawiono wyniki badań własności fizykochemicznych różnych stali ferrytycznych, czystych oraz z naniesioną powłoką spinelu manganowo-kobaltowego domieszkowanego itrem.

EN

An important technological aspect in production of generators is selection of appropriate structural materials which is a prerequisite for obtaining a high level of energy efficiency and reliability of these devices. The essential component of a fuel cell is an interconnect which supplies gaseous fuel and the oxidant through a system of channels, and also provides a medium for the generated electric current to travel through. In the case of intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC), ferritic stainless steel forms a core of the interconnect; the steel undergoes corrosion during the cell’s operation, forming a protective coating mainly composed of the Cr2O3 scale. However, the scale is characterized by a relatively high electrical resistance, and its formation furthermore entails the evolution of chromium oxides and oxyhydroxides that poison the remaining elements of the cell, reducing its overall efficiency. In order to prevent these processes from taking place, an attempt was made to apply a manganese cobalt-doped yttrium spinel as a protective-conducting ceramic layer on ferritic steel. The paper presents physicochemical properties of different species of pure ferritic steels and steels with the coating composed of the Y0.1Mn1.45Co1.45O4 spinel.

2

Kinetyka utleniania i właściwości elektryczne stopu Ni-5Cu na interkonektory do stałotlenkowych elektrolizerów SOEC

100%

Dąbek J. , Mars K. , Bobruk M. , Gil A. , Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

tom T. 69, nr 4

322--334

PL

Zrównoważony rozwój gospodarczy, który z początkiem XXI wieku stał się priorytetem dla wielu krajów o wysokim stopniu industrializacji, nie będzie możliwy do osiągnięcia bez skutecznego rozwiązania problemu magazynowania nadwyżek energii elektrycznej. Jedno z bardziej obiecujących rozwiązań w tym zakresie zakłada wykorzystanie stałotlenkowych elektrolizerów typu SOEC (ang. solid oxide electrolytic cells) do przekształcania nadwyżek wyprodukowanej energii w paliwo, np. wodór. Podstawowym elementem elektrolizera SOEC jest interkonektor, dzięki któremu pojedyncze jego cele można połączyć szeregowo w stos. Głównym problemem, jaki pojawia się przy stosowaniu interkonektorów metalicznych wykonanych z wysokochromewej stali ferrytycznej, jest stopniowy wzrost powierzchniowej rezystancji elektrycznej, wynikający z wysokotemperaturowej korozji tych materiałów. Głównym składnikiem zgorzeliny powstającej na ferrytycznej stali w atmosferze gazów katodowych i anodowych jest tlenek chromu Cr2O3. Niestety tlenek ten reaguje z tlenem i parą wodną, tworząc lotne związki chromu, które wpływają niekorzystnie na katalityczne właściwości mateiału katodowego i anodowego. Zatem istnieje potrzeba wytworzenia nowego typu metalicznych materiałów wolnych od w/w wad, przeznaczonych na interkonektory do elektrolizerów typu SOEC. Temperatura pracy elektrolizerów SOEC mieści się w zakresie 873-1073 K. Celem pracy było zbadanie kinetyki utleniania zarówno stopu Ni-5Cu, jak i czystego niklu będącego materiałem referencyjnym, a także zmierzenie przewodnictwa elektrycznego tych materiałów po ich utlenieniu. Utlenianie zostało przeprowadzone przez 100 godz. w powietrzu w temperaturach 873 K, 973 K, 1023 K i 1073 K. Na podstawie tych badań, uzupełnionych o obserwacje mikroskopowe oraz analizę składu fazowego i chemicznego produktów utleniania, wykazano, że stop Ni-5Cu można traktować jako potencjalny materiał do wytwarzania interkonektorów dla elektrolizerów SOEC w układzie planarnym.

EN

Sustained development, which has become a priority for many highly industrialized countries at the turn of the 21st century, will not be possible without an efficient solution to the problem of storing surplus electricity. The most suitable technologies for this purpose include solid oxide electrolytic cells (SOECs), which utilize electrolysis to efficiently convert surplus electricity into fuel such as hydrogen. One of the most essential components of both SOECs and SOFCs is the interconnect, which allows the individual cells of the electrolyzer to be connected in series to form stacks. When using metallic interconnects on the basis of ferritic steel, the main issue faced is the gradual increase in area-specific resistance that occurs due to the high-temperature corrosion of these materials. Chromia (Cr2O3) is the main component of the scale formed on ferritic steel in an atmosphere consisting of cathode and anode gases. Unfortunately, this oxide reacts with oxygen and water vapor, forming volatile compounds of chromium, which adversely affect the catalytic properties of the electrodes. It is therefore necessary to develop new metallic interconnect materials for the construction of the SOEC-type cell stack, designed to operate at temperatures of 873-1073 K. The aim of the paper was to investigate the oxidation kinetics of the Ni-5Cu alloy in comparison with Ni reference material, and to measure the electrical conductivity of the scale/metal system. Studies were conducted for 100 hrs of oxidation in air at 873 K, 973 K, 1023 K, and 1073 K. When combined with morphological observations and chemical and phase composition analyses of the oxidation products, the investigations demonstrated the suitability of the Ni-5Cu alloy as a potential interconnect material for planar-type SOECs.

3

Badania struktury i właściwości fizykochemicznych spineli w układzie Cu-Mn-Co-O otrzymywanych metodą EDTA gel processes

100%

Kruk A. , Stygar M. , Adamczyk A. , Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

tom T. 65, nr 3

374--381

PL

Potencjalnymi materiałami do wytwarzania metalicznych interkonektorów dla średniotemperaturowych stałotlenkowych ogniw paliwowych IT-SOFC są żaroodporne stale ferrytyczne. Jednakże lotne związki chromu, parujące ze zgorzeliny tlenku chromu powstałej na powierzchni stali w wyniku procesu utleniania, powodują powolną degradację właściwości elektrycznych elementów ogniwa. Równocześnie produkt utleniania stali wykazuje duży opór elektryczny. W celu ograniczenia tych zjawisk stosuje się modyfikację powierzchniową metalicznego interkonektora, polegającą na naniesieniu odpowiedniej powłoki ochronnej. W tym celu mogą być stosowane spinele z grupy Mn1+xCo2-xO4 (0  x  0,5), gdyż stanowią efektywną barierę zaporową dla odrdzeniowej dyfuzji chromu z interkonektora i tym samym istotnie ograniczają tworzenie się lotnych par Cr. Konieczne jest jednak podwyższenie przewodnictwa elektrycznego tych spineli w zakresie 600-800 °C. Można to osiągnąć przez ich domieszkowanie odpowiednimi metalami. W pracy przestawiono wyniki badań fizykochemicznych spinelu manganowo kobaltowego domieszkowanego różną ilością miedzi.

EN

Materials that may potentially be used to manufacture metallic interconnects for intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) include heat-resistant ferritic steels. However, volatile chromium compounds that evaporate from the chromia scale formed on the surface of steel during oxidation cause slow degradation of the electrical properties of the cell’s elements. At the same time the product of the steel’s oxidation exhibits high electrical resistance and inhibits conductivity. In order to counter these unfavorable phenomena, the metallic interconnect is modified by depositing an appropriate protective layer over its surface. Materials that may be used to do this include spinels from the Mn1+xCo2-xO4 (0  x  0.5) group; these substances provide an effective barrier against outward chromium diffusion from the interconnect’s core, thereby significantly inhibiting the evolution of Cr vapour. Nevertheless, the electrical conductivity of these spinels over the temperature range of 600-800 °C needs to be improved. This can be done by doping them with the appropriate metals. The present paper describes the results of physicochemical investigations of a manganese-cobaltite doped with various quantities of copper.

4

Fizykochemiczne właściwości materiałów w układzie Crofer 22 APU/La(0,6)Sr(0,4)Co(0,2)Fe(0,8)O3 na interkonektory do zastosowania w SOFC

80%

Miszczyk M. , Dziekan E. , Przybylski K. , Brylewski T. , Gaweł R. A. , Kruk A.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

tom T. 64, nr 1

131-141

PL

W pracy zastosowano materiał katodowy La(0,6)Sr(0,4)Co(0,2)Fe(0,8)O3 (LSCF48) do otrzymania przewodzącej powłoki na interkonektorze ze stali ferrytycznej Crofer 22 APU z przeznaczeniem do budowy ogniwa SOFC. Powłoki LSCF48 w postaci pasty nakładano na powierzchnie stali metodą sitodruku, a następnie poddawano odpowiedniej obróbce termicznej. Do badań fizykochemicznych przygotowano trzy rodzaje próbek: próbki ze stali czystej (Crofer 22 APU), próbki z powłoką naniesioną na podłoże niemodyfi kowane powierzchniowo (Crofer 22 APU/LSCF48) oraz próbki z powłoką naniesioną na podłoże po uprzednim jego utlenianiu w 1073 K przez 24 godz. w powietrzu (Crofer 22 APU/Cr2O3/LSCF48). W oparciu o badania kinetyki utleniania w/w próbek w 1073 K przez 528 godz. w powietrzu stwierdzono, że najwyższą odporność na cykliczne warunki utleniania wykazuje układ Crofer 22 APU/LSCF48. Tak korzystne zjawisko wynika z faktu, że omawiana powłoka bez udziału warstwy przejściowej Cr2O3 wykazuje dobrą przyczepność do rdzenia metalicznego dzięki utworzeniu pośredniej warstwy reakcyjnej pomiędzy metalem a materiałem powłoki. Z utworzeniem tej warstwy reakcyjnej wiąże się też niższa powierzchniowa rezystancja elektryczna w 1073 K w powietrzu w porównaniu z czystą stalą Crofer 22 APU.

EN

In this work, La(0.6)Sr(0.4)Co(0.2)Fe(0.8)O3 (LSCF48) cathode material was used to obtain a conductive coating on Crofer 22 APU ferritic steel interconnect in order to produce a SOFC stack. The LSCF48 coating was deposited on the steel surface via screen-printing and then was subjected to the appropriate thermal treatment. Three types of samples were prepared for physicochemical studies: (i) samples of pure steel (Crofer 22 APU), (ii) samples with coating deposited on the substrate without surface modification (Crofer 22 APU/LSCF48) and (iii) samples with coating deposited on the substrate after its oxidation at 1073 K for 24 hrs in air (Crofer 22 APU/Cr2O3/LSCF48). From the oxidation kinetics study of the afore-mentioned samples carried out at 1073 K for 528 hrs in air, it follows that the Crofer 22 APU/LSCF48 system shows the highest resistance against corrosion in cyclic oxidation conditions. Such a favorable phenomenon is the result of good adhesion between the afore-mentioned coating without the transient Cr2O3 layer and the metallic substrate, due to the formation of an intermediate reaction layer at the metal/coating interphase. The formation of this intermediate reaction layer also leads to lower area specific resistance in air at 1073 K in comparison to pure Crofer 22 APU steel.

5

Ochronne układy warstwowe AL453/(Mn,Co)3O4 jako metaliczne interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC

80%

Brylewski T. , Kruk A. , Adamczyk A. , Kucza W. , Dąbek J. , Przybylski K.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

tom T. 65, nr 1

20--27

PL

Jednym z potencjalnych materiałów konstrukcyjnych do wytwarzania metalicznych interkonektorów dla średniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC jest stal ferrytyczna AL453. Jednakże parowanie chromu ze zgorzeliny, powstałej na tej stali, powoduje powolną degradację właściwości elektrycznych elementów interkonektora. W celu poprawy sprawności ogniwa zastosowano modyfikację powierzchniową materiału interkonektora, polegającą na wytworzeniu na jego powierzchni powłoki ochronnej na osnowie spinelu manganowo-kobaltowego. Metodą sitodruku w połączeniu z odpowiednią obróbką termiczną wytworzono powłokę Mn1,5Co1,5O4 stanowiącą efektywną barierę zaporową dla odrdzeniowej dyfuzji chromu ze stali AL453 i tym samym istotnie ograniczającą tworzenie się lotnych par Cr ze zgorzeliny. Fakt ten potwierdzono pomiarami szybkości parowania chromu z powierzchni układu warstwowego stal/powłoka w warunkach przepływu mieszaniny powietrze/H2O w 1073 K.

EN

Ferritic steel AL453 is one of the potential metallic interconnect construction materials for the intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC). However, the evaporation of chromium from the scale formed on this ferritic steel results in slow degradation of the electrical properties of the interconnect elements. In order to improve cell efficiency the surface of the interconnect material was modified by applying a protective coating on a manganese-cobalt spinel matrix. The Mn1.5Co1.5O4 coating was formed via screen-printing combined with the appropriate thermal treatment. This coating is an effective barrier against outward chromium diffusion from the AL453 steel and, therefore, significantly inhibits the formation of volatile Cr vapours from the scale. This fact was confirmed by measuring the chromium vaporization rate from the surface of the steel/coating layer system in a flowing air/H2O mixture at 1073 K.

6

Mikrostruktura i właściwości elektryczne materiałów kompozytowych w układzie interkonektor/katoda/elektrolit do zastosowania w protonowych stało-tlenkowych ogniwach paliwowych typu SOFC-H+

80%

Durda E. , Gaweł R. A. , Kruk A. , Brylewski T. , Przybylski K.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

tom T. 64, nr 3

423-432

PL

Opracowanie technologii wytwarzania metalicznych interkonektorów do protonowych stało-tlenkowych ogniw paliwowych SOFC-H+ na bazie stali ferrytycznych wymaga długoczasowych badań chemicznej kompatybilności układu interkonektor/katoda/elektrolit. W charakterze interkonektora zastosowano stal Crofer 22 APU, na który nanoszono metodą sitodruku warstwę katody La0,6Sr0,4Co0,8Fe0,2O3-d (LSCF48) oraz kolejną warstwę złożoną z protonowego elektrolitu stałego. Do badań wytypowano elektrolity na osnowie ceranu baru i ceranu strontu domieszkowanych Nd, Sm, Dy, Yb i Y. Jedynie kompozyty Crofer 22 APU/LSCF48/BaCe(1-x)MxO3-x/2, gdzie M = Nd, Sm i Dy wykazywały chemiczną stabilność po utlenianiu w 1073 K przez 150 godz. w powietrzu. Analizę reakcji wzajemnego oddziaływania warstw z podłożem przeprowadzono przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej połączonej z dyspersją energii promieniowania rentgenowskiego. W oparciu o pomiary rezystancji elektrycznej próbek metodą spektroskopii impedancyjnej przedyskutowano wpływ domieszkowania elektrolitu stałego na właściwości fizykochemiczne badanych kompozytów i na tej podstawie określono ich przydatność do konstrukcji ogniwa paliwowego SOFC-H+.

EN

In order to develop fabrication technology of metallic interconnects based on stainless ferritic steels for protonic solid oxide fuel cells (SOFC-H+) the long-term compatibility of the interconnect/cathode/electrolyte system must be studied. Crofer 22 APU was used as the metallic interconnect, onto which a La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-d (LSCF48) cathode layer was screen-printed. In turn, another layer, consisting of a protonic solid electrolyte, was screen-printed on the LSCF48 cathode layer. In this research, barium cerate and strontium cerate based compounds doped with Nd, Sm, Dy, Yb and Y were used as the solid electrolytes. Only the Crofer 22 APU/LSCF48/BaCe(1-x)MxO3-x/2 (where: M = Nd, Sm i Dy) composites were found to be chemically stable after oxidation at 1073 K for 150 hrs in air. The analysis of the interaction between the oxide layers and the steel substrate was carried out using scanning electron microscopy combined with energy dispersion spectroscopy. The influence of solid electrolyte doping on the physicochemical properties of the system was discussed on the basis of electrical resistance measurements of the studied samples using impedance spectroscopy. From the results, the applicability of the composites for the construction of a SOFC-H+ fuel cell was determined.