LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 חומר מגע קתודה: מניפולציה של מאפייני הולכה חשמלית והשפעתה על ביצועים אלקטרוכימיים של SOFC
ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 חומר מגע קתודה: מניפולציה של מאפייני הולכה חשמלית והשפעתה על ביצועים אלקטרוכימיים של SOFC[J]. Journal of Inorganic Materials, DOI: 10.15541/jim20230353.
דיאגרמה סכמטית של ממשק המגע של הקתודה והמחבר
במהלך תהליך ההרכבה של ערימת תא הדלק התחמוצת המוצק השטוחה (SOFC), המגע הישיר בין הקתודה הקרמית למחבר המתכת גרוע והלחץ גבוה. קל לייצר התנגדות גדולה למגע בממשק, אשר בתורה משפיעה על הביצועים והיציבות של המחסנית. בדרך כלל מתווספת שכבת מגע קתודה בין הקתודה למחבר כדי לשפר את מגע הממשק. ל-LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 (LNF) יש את היתרונות של מוליכות חשמלית גבוהה והתאמת מקדם התפשטות תרמית לחומרי קתודה ומחברים. זהו חומר שכבת מגע בשימוש נרחב ב-SOFC פלטה שטוחה. עם זאת, במהלך הפעולה ארוכת הטווח של המחסנית, ל-LNF יש תופעות כמו התגבשות חלקיקים ושינויים משמעותיים בהתנגדות פני השטח, מה שמוביל לפגיעה בממשק המגע ובכך משפיע על ביצועי הערימה. קבוצת המחקר של Zhu Tenglong באוניברסיטת נאנג'ינג למדע וטכנולוגיה השתמשה בשתי שיטות, גרגירת כבישה יבשה וסינטרינג בטמפרטורה גבוהה, להכנת חומרי LNF חלקיקים גדולים, וחקרה את התפתחות ההתנגדות של פני השטח תחת עומס זרם והשפעתה על הביצועים האלקטרוכימיים של SOFC תאים בודדים.
התפתחות ASR של LNF לעומת זמן מתחת ל-750 מעלות ו-1A/cm2, תמונות SEM של LNF לפני ואחרי בדיקת ASR(א) ראשונית; (ב) לאחר מבחן
מחקר מצביע. בהשוואה ל-LNF-1 לא מטופל, ל-LNF-2 ו-LNF-3 שעברו גרגירי כבישה יבשה וסינטרינג בטמפרטורה גבוהה, יש עמידות משטח ראשונית נמוכה יותר. גודל החלקיקים של LNF בגודל חלקיקים קטן יגדל באופן משמעותי תחת עומס הנוכחי. למרות של-LNF-2 המגורען בכבישה יבשה יש גודל חלקיקים גדול יותר, הוא שומר על פעילות סינטר טובה יותר, כך שהוא מראה גם תופעת סינטר ברורה יותר בעומס הנוכחי, וכתוצאה מכך הפחתה בעמידות היריעות. LNF-3 שעבר טיפול מקדים סינטר בטמפרטורה גבוהה, איבד בעצם את פעילות הסינטר שלו, וגודל החלקיקים שלו משתנה מעט תחת פעולת הזרם, כך שההתנגדות פני השטח שלו נשארת יציבה. בנוסף, העכבה האוהמית של תאים בודדים LNF-2 ו-LNF-3 עם גדלי חלקיקים גדולים יותר קטנה מזו של LNF-1, מה שקשור להתנגדות שטח המגע הנמוכה יותר שלהם וטובה יותר. מגע ממשק קתודה. במקביל, גם תאים בודדים LNF-2 וגם LNF-3 הראו עמידות קטנה יותר לקיטוב, מה שמצביע על כך שהגדלת גודל חלקיקי LNF יכולה לשפר את ההעברה והדיפוזיה של חמצן באוויר בצד הקתודה. בניסויים מרובים של מחזור תרמי, התא הבודד LNF-2 הראה ביצועים אלקטרוכימיים ראשוניים מצוינים, אך עדיין שמר על פעילות סינטר טובה בשל פעילותו שלו. במהלך פעולה ארוכת טווח בטמפרטורות גבוהות ובדיקות ביצועים אלקטרוכימיות מרובות, יש סיכוי גבוה יותר שהחלקיקים שלו יתגסו, ויגרום לנזק לנקבוביות ולקילוף ממשק, מה שמוביל להחלשה משמעותית של ביצועי תא בודד. לעומת זאת, לחומרי LNF-3 שעברו טיפול מקדים של סינטר בטמפרטורה גבוהה יש פעילות סינטרה ירודה ויכולים לשמור על יציבות מבנית טובה במהלך מחזורים תרמיים בטמפרטורה גבוהה.
ספקטרום EIS (א) וחלקות התאמת DRT (ב) של תאים בודדים בלחץ חלקי חמצן של 2.1×104 ו-3×103 Pa, וההתנגדות האוהמית המקבילה שלהם (c) והתנגדות הקיטוב (d)
דגשים במאמר זה:
1. בהשוואה לחומר LNF-1 לא מטופל, LNF-2 ו-LNF-3 הנשלטים על ידי חלקיקים יכולים להפחית את עמידות הסדין. התנגדות פני השטח של רכיב המגע יכולה להגיע במהירות למצב יציב בעומס נוכחי, וניתן לשמור על המבנה יציב בתנאי עומס זרם ארוכי טווח.
2. חומר מגע LNF בגודל חלקיק גדול יכול לייעל את המגע בממשק הקתודה, לקדם דיפוזיה והובלה של חמצן בצד הקתודה ולשפר את ביצועי הפלט של תא בודד.
3. חומר ה-LNF המגורען בכבישה יבשה עדיין שומר על פעילות סינטרה מסוימת, וכתוצאה מכך יציבות מחזור תרמית לקויה. טיפול מקדים סינטר בטמפרטורה גבוהה יכול לשפר באופן משמעותי את היציבות המבנית של חומרי מגע קתודית LNF במהלך תהליכי מחזור ופריקה תרמיים.
דיאגרמות סכמטיות ותמונות SEM עבור ממשקי מגע קתודה של תאים בודדים לאחר רכיבה תרמית
תגובה:
1. במאמר זה, המחבר בוחן את האבולוציה של התנגדות פני השטח של מכלול מגע הקתודה עקב גודל החלקיקים של חומר LNF והשפעתו על הביצועים האלקטרוכימיים והיציבות של התא הבודד SOFC. נמצא כי הגדלת גודל החלקיקים באמצעות סינטר בטמפרטורה גבוהה מפחיתה את עמידות היריעות של מכלול המגע הקתודי. התנגדות פני השטח של רכיב המגע יכולה להגיע במהירות למצב יציב בעומס נוכחי וניתן לשמור על המבנה יציב בתנאי עומס זרם ארוכי טווח, מה שמספק התייחסות טובה לשיפור הביצועים של SOFC.
2. מחקר זה מכוון לצרכים האמיתיים של חומרי מגע עם התנגדות נמוכה ועם מוליכות גבוהה עבור ערימות תאי דלק תחמוצת מוצק. נחקר מנגנון ההשפעה של LaNi0.6Fe0.4O3 בקרת גודל החלקיקים על מוליכות וביצועי תא בודד של SOFC, והשפעת תנאי הפעלה כגון תכולת חמצן באוויר ומחזור תרמי על יחיד. ביצועי התא במהלך גרגירת LNF באמצעות אמצעים שונים נותחו בפירוט. הרעיון של המאמר חדשני יחסית, החשיבה ברורה, הנתונים המפורטים יכולים לתמוך בסוגיות המקבילות, ויש לו ערך יישום מעשי מסוים. למאמר יש מבנה ברור, הגיון סביר וכתיבה סטנדרטית.
