Bahan Kontak Katoda LaNi{{0}}.6Fe0.4O3: Manipulasi Sifat Penghantar Listrik dan Pengaruhnya terhadap Kinerja Elektrokimia SOFC
ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. Bahan Kontak Katoda LaNi{{0}}.6Fe0.4O3: Manipulasi Sifat Konduksi Listrik dan Pengaruhnya terhadap Kinerja Elektrokimia SOFC[J]. Jurnal Bahan Anorganik, DOI: 10.15541/jim20230353.
Diagram skema antarmuka kontak katoda dan interkonektor
Selama proses perakitan tumpukan sel bahan bakar oksida padat datar (SOFC), kontak langsung antara katoda keramik dan konektor logam buruk dan tegangannya tinggi. Sangat mudah untuk menghasilkan resistansi kontak antarmuka yang besar, yang pada gilirannya mempengaruhi kinerja dan stabilitas tumpukan. Lapisan kontak katoda biasanya ditambahkan antara katoda dan konektor untuk meningkatkan kontak antarmuka. LaNi{{0}}.6Fe0.4O3 (LNF) memiliki keunggulan konduktivitas listrik yang tinggi dan koefisien muai panas yang sesuai dengan bahan katoda dan konektor. Ini adalah bahan lapisan kontak yang banyak digunakan dalam SOFC pelat datar. Namun, selama pengoperasian tumpukan dalam jangka panjang, LNF mengalami fenomena seperti pengkasaran partikel dan perubahan resistansi permukaan yang signifikan, yang menyebabkan kerusakan pada antarmuka kontak dan dengan demikian mempengaruhi kinerja tumpukan. Kelompok penelitian Zhu Tenglong di Universitas Sains dan Teknologi Nanjing menggunakan dua metode, granulasi pengepresan kering dan sintering suhu tinggi, untuk menyiapkan bahan LNF partikel besar, dan mempelajari evolusi ketahanan permukaan di bawah beban arus dan dampaknya terhadap kinerja elektrokimia SOFC sel tunggal.
Evolusi ASR LNF versus waktu di bawah 750 derajat dan 1A/cm2, gambar SEM LNF sebelum dan sesudah pengujian ASR(a) Awal; (b) Pasca tes
Penelitian menunjukkan. Dibandingkan dengan LNF-1 yang tidak diolah, LNF-2 dan LNF-3 yang telah mengalami granulasi pengepresan kering dan sintering suhu tinggi memiliki ketahanan permukaan awal yang lebih rendah. Ukuran partikel LNF ukuran partikel kecil akan meningkat secara signifikan pada beban arus. Meskipun LNF-2 yang digranulasi dengan pengepresan kering memiliki ukuran partikel yang lebih besar, namun tetap mempertahankan aktivitas sintering yang lebih baik, sehingga juga menunjukkan fenomena sintering yang lebih jelas pada beban arus, yang mengakibatkan penurunan resistansi lembaran. LNF-3 yang telah mengalami pretreatment sintering suhu tinggi pada dasarnya telah kehilangan aktivitas sinteringnya, dan ukuran partikelnya sedikit berubah karena pengaruh arus, sehingga ketahanan permukaannya tetap stabil. Selain itu, impedansi ohmik sel tunggal LNF-2 dan LNF-3 dengan ukuran partikel lebih besar lebih kecil dibandingkan LNF-1, hal ini terkait dengan resistansi area komponen kontak yang lebih rendah dan ketahanan area komponen kontak yang lebih baik. kontak antarmuka katoda. Pada saat yang sama, sel tunggal LNF-2 dan LNF-3 menunjukkan resistensi polarisasi yang lebih kecil, yang menunjukkan bahwa peningkatan ukuran partikel LNF dapat meningkatkan transmisi dan difusi oksigen di udara pada sisi katoda. Dalam beberapa eksperimen siklus termal, sel tunggal LNF-2 menunjukkan kinerja elektrokimia awal yang sangat baik, namun masih mempertahankan aktivitas sintering yang baik karena sel tersebut. Selama pengoperasian jangka panjang pada suhu tinggi dan beberapa uji kinerja elektrokimia, partikel-partikelnya cenderung menjadi kasar, menyebabkan kerusakan pori-pori dan pengelupasan antarmuka, yang menyebabkan melemahnya kinerja sel tunggal secara signifikan. Sebaliknya, material LNF-3 yang telah mengalami pra-perlakuan sintering suhu tinggi memiliki aktivitas sintering yang buruk dan dapat mempertahankan stabilitas struktural yang baik selama siklus termal suhu tinggi.
Spektrum EIS (a) dan plot pemasangan DRT (b) sel tunggal di bawah tekanan parsial oksigen 2,1×104 dan 3×103 Pa, serta resistansi Ohmik (c) dan resistansi polarisasi (d) yang sesuai
Sorotan artikel ini:
1. Dibandingkan dengan bahan LNF-1 yang tidak diolah, LNF-2 dan LNF-3 yang dikontrol partikel dapat mengurangi resistansi lembaran. Resistansi permukaan komponen kontak dapat dengan cepat mencapai kondisi stabil pada beban arus, dan struktur dapat dipertahankan stabil pada kondisi beban arus jangka panjang.
2. Bahan kontak LNF ukuran partikel besar dapat mengoptimalkan kontak antarmuka katoda, meningkatkan difusi dan transportasi oksigen di sisi katoda, dan meningkatkan kinerja keluaran sel tunggal.
3. Bahan LNF butiran yang dipres kering masih mempertahankan aktivitas sintering tertentu, sehingga stabilitas siklus termal buruk. Perlakuan awal sintering suhu tinggi dapat secara signifikan meningkatkan stabilitas struktural bahan kontak katoda LNF selama proses siklus termal dan pelepasan.
Diagram skematik dan gambar SEM untuk antarmuka kontak katoda sel tunggal setelah siklus termal
Komentar:
1. Dalam artikel ini, penulis mempelajari evolusi resistansi permukaan rakitan kontak katoda karena ukuran partikel bahan LNF dan dampaknya terhadap kinerja elektrokimia dan stabilitas sel tunggal SOFC. Ditemukan bahwa peningkatan ukuran partikel melalui sintering suhu tinggi mengurangi resistansi lembaran rakitan kontak katoda. Resistansi permukaan komponen kontak dapat dengan cepat mencapai kondisi stabil di bawah beban saat ini dan struktur dapat dipertahankan stabil di bawah kondisi beban arus jangka panjang, yang memberikan referensi yang baik untuk meningkatkan kinerja SOFC.
2. Penelitian ini berorientasi pada kebutuhan aktual bahan kontak dengan resistansi rendah dan konduktivitas tinggi untuk tumpukan sel bahan bakar oksida padat. Mekanisme pengaruh kontrol ukuran partikel LaNi0.6Fe0.4O3 terhadap konduktivitas dan kinerja sel tunggal SOFC dipelajari, dan pengaruh kondisi operasi seperti kandungan oksigen udara dan siklus termal pada sel tunggal kinerja sel selama granulasi LNF menggunakan cara yang berbeda dianalisis secara rinci. Konsep makalah ini relatif baru, pemikirannya jelas, data yang tercantum dapat mendukung isu-isu terkait, dan memiliki nilai penerapan praktis tertentu. Artikel memiliki struktur yang jelas, logika yang masuk akal, dan penulisan yang terstandar.
