Matériau de la cathode LaNi0.6Fe0.4O3 SOFC

Matériau de contact de cathode LaNi0.6Fe0.4O3 : conducteur électrique Manipulation des propriétés et son effet sur les performances électrochimiques des SOFC

ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. Cathode LaNi0,6Fe0,4O3 Matériau de contact : manipulation des propriétés de conduction électrique et ses effets sur les performances électrochimiques des SOFC[J]. Journal des matériaux inorganiques, DOI : 10.15541/jim20230353.

Schéma schématique de la cathode et du contact d'interconnecteur interface

Pendant le processus d'assemblage de l'appartement pile à combustible à oxyde solide (SOFC), le contact direct entre la céramique la cathode et le connecteur métallique sont médiocres et la contrainte est élevée. Il est facile de produire une grande résistance de contact d'interface, qui à son tour affecte le performances et stabilité de la pile. Une couche de contact cathodique est généralement ajouté entre la cathode et le connecteur pour améliorer le contact d'interface. LaNi0.6Fe0.4O3 (LNF) présente les avantages d'une conductivité électrique élevée et coefficient de dilatation thermique adapté aux matériaux de cathode et de connecteur. Il est un matériau de couche de contact largement utilisé dans les SOFC à plaques plates. Cependant, pendant la fonctionnement à long terme de la pile, le LNF présente des phénomènes tels que le grossissement des particules et des changements importants dans la résistance de la surface, ce qui entraîne des dommages au interface de contact et affecte ainsi les performances de la pile. Les recherches de Zhu Tenglong Un groupe de l'Université des sciences et technologies de Nanjing a utilisé deux méthodes, à sec granulation par pressage et frittage à haute température, pour préparer de grosses particules matériaux LNF, et étudié l'évolution de la résistance de surface sous courant charge et son impact sur les performances électrochimiques des cellules uniques SOFC.

ASR évolution du LNF en fonction du temps sous 750 â et 1A/cm2, images MEB du LNF avant et après test ASR(a) Initial ; (b) Post-test

La recherche l’indique. Comparé à un produit non traité LNF-1, LNF-2 et LNF-3 ayant subi une granulation par pressage à sec et le frittage à haute température a une résistance de surface initiale plus faible. La particule la taille des particules de petite taille LNF augmentera considérablement sous la charge actuelle. Bien que le LNF-2 granulé par pressage à sec ait une granulométrie plus grande, il conserve une meilleure activité de frittage, il présente donc également un frittage plus évident phénomène sous charge de courant, entraînant une réduction de la résistance de la tôle. LNF-3 qui a subi un prétraitement de frittage à haute température a pratiquement perdu son activité de frittage, et sa granulométrie évolue peu sous l'action de courant, donc sa résistance de surface reste stable. De plus, l'ohmique l'impédance des cellules individuelles LNF-2 et LNF-3 avec des particules de plus grande taille est plus petite que celui du LNF-1, qui est lié à leur zone de contact inférieure Résistance et meilleur contact d'interface cathodique. En même temps, les deux LNF-2 et les cellules simples LNF-3 ont montré une résistance de polarisation plus petite, indiquant que l'augmentation de la taille des particules de LNF peut améliorer la transmission et la diffusion de l'oxygène dans l'air du côté de la cathode. Dans plusieurs expériences de cycles thermiques, la cellule unique LNF-2 a montré d'excellentes performances électrochimiques initiales, mais conservait toujours une bonne activité de frittage grâce à sa propre activité. À long terme fonctionnement à haute température et multiples tests de performances électrochimiques, ses particules sont plus susceptibles de grossir, provoquant des dommages aux pores et à l'interface pelage, conduisant à une atténuation significative des performances de chaque cellule. Dans en revanche, les matériaux LNF-3 ayant subi un frittage à haute température le prétraitement a une faible activité de frittage et peut maintenir une bonne structure stabilité pendant les cycles thermiques à haute température.

EIS spectres (a) et tracés d'ajustement DRT (b) de cellules individuelles sous oxygène partiel pression de 2,1 × 104 et 3 × 103 Pa, et leur résistance ohmique correspondante (c) et résistance de polarisation (d)

Points forts de cet article :

1. Comparé au matériau LNF-1 non traité, Les LNF-2 et LNF-3 contrôlés par les particules peuvent réduire la résistance de la feuille. La surface La résistance du composant de contact peut rapidement atteindre un état stable sous Charge actuelle, et la structure peut être maintenue stable à long terme conditions de charge actuelles.

2. Matériau de contact LNF de grande taille de particules peut optimiser le contact de l'interface cathodique, favoriser la diffusion et le transport de l'oxygène du côté de la cathode et améliore les performances de sortie d'une seule cellule.

3. Le matériau LNF granulé pressé à sec conserve toujours une certaine activité de frittage, ce qui entraîne un mauvais cycle thermique stabilité. Le prétraitement par frittage à haute température peut considérablement améliorer la stabilité structurelle des matériaux de contact cathodique LNF pendant la température processus de cyclage et de décharge.

Schéma diagrammes et images SEM pour les interfaces de contact cathodique de cellules uniques après cyclage thermique

Commentaire :

1. Dans cet article, l’auteur étudie évolution de la résistance superficielle de l'ensemble de contact cathodique due à la granulométrie du matériau LNF et son impact sur les propriétés électrochimiques performances et stabilité de la cellule unique SOFC. Il a été constaté qu'une augmentation la taille des particules grâce au frittage à haute température réduit la feuille résistance de l’ensemble de contact cathodique. La résistance superficielle du Le composant de contact peut rapidement atteindre un état stable sous une charge de courant et le la structure peut être maintenue stable dans des conditions de charge actuelle à long terme, qui fournit une bonne référence pour améliorer les performances de SOFC.

2. Cette recherche est orientée vers le réel besoins en matériaux de contact à faible résistance et à haute conductivité pour l'oxyde solide piles à combustible. Le mécanisme de l'influence de la particule LaNi0.6Fe0.4O3 le contrôle de la taille sur la conductivité et les performances des cellules individuelles SOFC a été étudié, et l'influence des conditions de fonctionnement telles que la teneur en oxygène de l'air et la température cycle sur les performances d'une seule cellule lors de la granulation du LNF en utilisant différents moyens a été analysé en détail. Le concept du document est relativement nouveau, la réflexion est clair, les données répertoriées peuvent bien prendre en charge les problèmes correspondants et ont certaine valeur d'application pratique. L'article a une structure claire, logique raisonnable et écriture standardisée.