Молодежный вестник ИрГТУ (12+)
Поиск по сайту

Сравнение технологий изготовления электролита для твердооксидных топливных элементов

Верхозина Юлия Андреевна

2021 / Том 11 №2 2021 [ Химические технологии ]

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) представляют собой устройства преобразования энергии, способные генерировать электроэнергию с высоким КПД (до 60 % по электрической энергии и до 90 % с учётом тепловой энергии), и считаются одной из ключевых технологий для будущей экономики водородной энергетики. Технологически топливные элементы следует рассматривать как более совершенные системы в сравнении с двигателями внутреннего сгорания, тепловыми и атомными электростанциями, работа которых сопровождается выбросом вредных побочных продуктов. Топливный элемент состоит из электролита и двух электродов: анода и катода. Электролит обладает высокой ионной и низкой электронной проводимостью. На аноде протекает реакция окисления восстановителя, на катоде - восстановление окислителя. Твердооксидные топливные элементы используют твёрдый керамический электролит, который при высоких температурах (600-1000 ºC) действует как ионный проводник. В данной статье представлено сравнение трёх процессов изготовления твердооксидных электролитов, а именно нанесение покрытия погружением, трафаретная печать и плёночное литьё. Качество электролитов оценивается с помощью измерений производительности, анализа импеданса и микроструктурных исследований ячеек. Плотность электролита увеличивается с увеличением температуры спекания для всех исследованных методов изготовления.

Ключевые слова:

твердооксидный топливный элемент,электролит,плёночное литьё,погружное покрытие,трафаретная печать

Библиографический список:

  1. Youngjin Kwon, Dongyeon Kim, Joongmyeon Bae. Study on Possibility of PrBaMn2O5+δ as Fuel Electrode Material of Solid Oxide Electrolysis Cell // Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology. 2017. Vol. 20. № 4. P. 491-496. https://doi.org/10.9766/KIMST.2017.20.4.491
  2. Youngjin Kwon, Youngbae Han. Fabrication of the Anode Supported Solid Oxide Fuel Cells by Tape-Casting Process and Infiltration Method // Key Engineering Materials. 2018. Vol. 783. P. 79-87. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.783.79
  3. Pianko-Oprych P., Jaworski Z., Zinko T., Palus M. A review of the numerical studies on planar and tubular solid oxide fuel cells within four eu projects of the 7th framework programme // Chemical and Process Engineering. 2018. Vol. 39. № 4. P. 377-393. https://doi.org/10.24425/122958
  4. Harrison C.M., Slater P.R., Steinberger-Wilckens R. A review of Solid Oxide Fuel Cell cathode materials with respect to their resistance to the effects of chromium poisoning // Solid State Ionics. 2020. Vol. 354. № 115410. P. 1-81. https ://doi.org/10.1016/j.ssi.2020.115410
  5. Muneeb Irshad, Khurram Siraj, Rizwan Raza, Anwar Ali, Pankaj Tiwari, Bin Zhu, et al. A brief description of high temperature solid oxide fuel cells operation, materials, design, fabrication, technologies and performance // Applied Sciences. 2016. Vol. 3. № 6. P. 75. https://doi.org/10.3390/app6030075
  6. Badwal S.P.S. Stability of solid oxide fuel cell components // Solid State Ionics. 2001. Vol. 143. № 1. P. 39-46. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(01)00831-1
  7. Onbilgin S., Timurkutluk B., Timurkutluk C., Celik S. Comparison of electrolyte fabrication techniques on the performance of anode supported solid oxide fuel cells // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. Vol. 45. № 60. P. 35162-35170. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.01.097
  8. Timakul P., Jinawath S., Aungkavattana P. Fabrication of electrolyte materials for solid oxide fuel cells by tape-casting // Ceramics International. 2008. Vol. 34. № 4. P. 867-871. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2007.09.038
  9. Chao Liu, Yang Liu, Yuling Yang, Yunzhu Ma, Wensheng Liu, Bing Liu, et al. New method for preparing micron porous aluminium via powder metallurgy // Materials Science and Technology. 2018. Vol. 34. № 11. P. 1295-1302. https://doi.org/10.1080/02670836.2018.1426677
  10. Costa R., Hafsaoui J., Almeida de Oliveira A.P., et al. Tape casting of proton conducting ceramic material // Journal of Applied Electrochemistry. 2009. Vol. 39. № 1. P. 485-495. https://doi.org/10.1007/s10800-008-9671-7
  11. Chung-Chun Chen, Leo Chau-Kuang Liau, Guo-Bin Jung, Shih H. Chan. Composition Effects in YSZ Electrolyte Tapes for Solid Oxide Fuel Cells Fabricated by Tape Casting // ECS Transactions. 2007. Vol. 7. № 1. P. 2161-2165. https://doi.org/10.1149/1.2729331
  12. Zhirong Yang, Peng Song, Feng Feng, Linli Wang, Hui Mu, Qishu Fu, et al. Influence of Dip-Coating Temperature Upon Film Thickness in Chemical Solution Deposition // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. Vol. 28. № 4. https://doi.org/10.1109/TASC.2018.2795245
  13. Izumi M., Sasahara N. Effect of pre-sintering of raw material powder on properties of solid oxide fuel cell electrolyte prepared by dip-coating method // Journal of the Ceramic Society of Japan. 2010. Vol. 118. № 1382. P. 944-947. https://doi.org/10.2109/jcersj2.118.944
  14. Hierso J., Boy P., Vallé K., Vulliet J., Blein F., Laberty-Roberta Ch., et al. Nanostructured ceria-based thin films (≤1 μm) As cathode/electrolyte interfaces // Journal of Solid State Chemistry. 2013. Vol. 197. P. 113-119. https://doi.org/10.1016/J.JSSC.2012.08.021
  15. Nader Hedayat, Dhruba Panthi, Yanhai Du. Fabrication of anode-supported microtubular solid oxide fuel cells by sequential dipcoating and reduced sintering steps // Electrochimica Acta. 2017. Vol. 258. P. 694-702. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.11.115
  16. Biswas M., Pei-Chen Su. Chemical Solution Deposition Technique of Thin-Film Ceramic Electrolytes for Solid Oxide Fuel Cells // Modern Technologies for Creating the Thin-Film Systems and Coatings. 2017. P. 319-343. https://doi.org/10.5772/66125
  17. Baharuddin N.A., Rahman N.F.A., Abd. Rahman H., Somalu M.R., Azmi M.A., Raharjo J. Fabrication of high-quality electrode films for solid oxide fuel cell by screen printing: A review on important processing parameters // International Journal of Energy Research. 2020. Vol. 44. № 11. P. 8296-8313. https://doi.org/10.1002/er.5518
  18. Jordan N., Assenmacher W., Uhlenbruck S., Haanappel V.A.C., Buchkremer H.P., Stöver D., et al. Ce0.8Gd0.2O2 - δ protecting layers manufactured by physical vapor deposition for IT-SOFC // Solid State Ionics. 2008. Vol. 179. № 21-26. P. 919-923. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2007.12.008
  19. Somalu M.R., Muchtar A., Daud W.R.W., Brandon N.P. Screen-printing inks for the fabrication of solid oxide fuel cell films: A review // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 75. P. 426-439. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.008

Файлы:

Язык
RuEn
Количество скачиваний:132113