LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 Катоден контактен материал: Манипулиране на електропроводимите свойства и ефектът му върху електрохимичните характеристики на SOFC
ЧЖАН Кун, УАН Ю, ЧЖУ Тенглонг, СЪН Кайхуа, ХАН Минфанг, ЧЖОН Цин. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 Катоден контактен материал: Манипулиране на електропроводимите свойства и ефектът му върху електрохимичните характеристики на SOFC [J]. Вестник за неорганични материали, DOI: 10.15541/jim20230353.
Принципна диаграма на контактния интерфейс катод и междинен конектор
По време на процеса на сглобяване на стека от плоски твърди оксидни горивни клетки (SOFC), директният контакт между керамичния катод и металния конектор е лош и напрежението е високо. Лесно е да се създаде голямо контактно съпротивление на интерфейса, което от своя страна влияе върху производителността и стабилността на стека. Катоден контактен слой обикновено се добавя между катода и конектора за подобряване на интерфейсния контакт. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 (LNF) има предимствата на висока електрическа проводимост и съответстващ коефициент на топлинно разширение с катодни и съединителни материали. Това е широко използван материал за контактен слой в плоски плочи SOFC. Въпреки това, по време на дългосрочна работа на стека, LNF има явления като огрубяване на частиците и значителни промени в повърхностното съпротивление, което води до повреда на контактния интерфейс и по този начин влияе върху производителността на стека. Изследователската група на Zhu Tenglong в Университета за наука и технологии в Нанкин използва два метода, сухо пресоване на гранулиране и високотемпературно синтероване, за да подготви LNF материали с големи частици и проучи развитието на повърхностното съпротивление при текущо натоварване и неговото въздействие върху електрохимичните характеристики на SOFC единични клетки.
Еволюция на ASR на LNF спрямо време под 750 градуса и 1 A/cm2, SEM изображения на LNF преди и след ASR тест (a) Първоначално; (б) След изпитване
Изследванията сочат. В сравнение с нетретираните LNF-1, LNF-2 и LNF-3, които са преминали гранулиране при сухо пресоване и синтероване при висока температура, имат по-ниска първоначална повърхностна устойчивост. Размерът на частиците на LNF с малък размер на частиците ще се увеличи значително при текущо натоварване. Въпреки че LNF-2, гранулиран чрез сухо пресоване, има по-голям размер на частиците, той запазва по-добра активност на синтероване, така че също така показва по-очевиден феномен на синтероване при текущо натоварване, което води до намаляване на устойчивостта на листа. LNF-3, който е преминал предварителна обработка при високотемпературно синтероване, основно е загубил своята активност на синтероване и размерът на частиците му се променя малко под действието на ток, така че повърхностното му съпротивление остава стабилно. В допълнение, омичният импеданс на LNF-2 и LNF-3 единични клетки с по-големи размери на частиците е по-малък от този на LNF-1, което е свързано с по-ниското им съпротивление на контактната компонента и по-доброто катоден интерфейсен контакт. В същото време както LNF-2, така и LNF-3 единични клетки показват по-малка поляризационна устойчивост, което показва, че увеличаването на размера на частиците на LNF може да подобри предаването и дифузията на кислород във въздуха от страната на катода. В множество експерименти с термичен цикъл единичната клетка на LNF-2 показа отлична първоначална електрохимична производителност, но все пак запази добра активност на синтероване поради собствената си. По време на продължителна работа при високи температури и многобройни тестове за електрохимична ефективност е по-вероятно неговите частици да станат груби, причинявайки увреждане на порите и лющене на интерфейса, което води до значително отслабване на производителността на единична клетка. Обратно, LNF-3 материали, които са претърпели предварителна обработка при високотемпературно синтероване, имат слаба активност при синтероване и могат да поддържат добра структурна стабилност по време на високотемпературни термични цикли.
EIS спектри (a) и графики за напасване на DRT (b) на единични клетки под парциално налягане на кислорода от 2,1 × 104 и 3 × 103 Pa и съответното им омично съпротивление (c) и поляризационно съпротивление (d)
Акценти в тази статия:
1. В сравнение с необработения LNF-1 материал, контролираните с частици LNF-2 и LNF-3 могат да намалят устойчивостта на листа. Повърхностното съпротивление на контактния компонент може бързо да достигне стабилно състояние при текущо натоварване и структурата може да се поддържа стабилна при дългосрочни условия на текущо натоварване.
2. LNF контактният материал с голям размер на частиците може да оптимизира контакта на интерфейса на катода, да насърчи дифузията и транспорта на кислород от страната на катода и да подобри изходната производителност на единична клетка.
3. Сухият пресован гранулиран LNF материал все още запазва известна активност на синтероване, което води до лоша стабилност на термичния цикъл. Предварителната обработка при високотемпературно синтероване може значително да подобри структурната стабилност на LNF катодните контактни материали по време на термични цикли и процеси на разреждане.
Схематични диаграми и SEM изображения за катодни контактни интерфейси на единични клетки след термичен цикъл
коментар:
1. В тази статия авторът проучва развитието на повърхностното съпротивление на катодния контактен възел, дължащо се на размера на частиците на LNF материала и неговото въздействие върху електрохимичните характеристики и стабилността на единичната клетка на SOFC. Установено е, че увеличаването на размера на частиците чрез синтероване при висока температура намалява съпротивлението на листа на катодния контактен възел. Повърхностното съпротивление на контактния компонент може бързо да достигне стабилно състояние при текущо натоварване и структурата може да се поддържа стабилна при дългосрочни условия на текущо натоварване, което осигурява добра референция за подобряване на работата на SOFC.
2. Това изследване е ориентирано към действителните нужди от контактни материали с ниско съпротивление и висока проводимост за стекове с твърди оксидни горивни клетки. Изследван е механизмът на влиянието на контрола на размера на частиците LaNi0.6Fe0.4O3 върху проводимостта и производителността на единични клетки на SOFC и влиянието на работните условия, като съдържание на кислород във въздуха и термичен цикъл върху единични ефективността на клетките по време на гранулирането на LNF с помощта на различни средства беше анализирана подробно. Концепцията на статията е сравнително нова, мисленето е ясно, изброените данни могат добре да подкрепят съответните проблеми и има определена практическа приложна стойност. Статията има ясна структура, разумна логика и стандартизирано писане.
