Optimization of the BSCFM5 cathode layer in the composition of microtube sofc and the study of the power characteristics

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The design of microtubular (MT) solid oxide fuel cells (SOFCs) shows increased resistance to thermal cycling and high power density (from 300 to 1000 W/kg and higher) among other SOFC types. Currently one of the main problems is the choice of material to be used as the cathode. As well as the problems associated with its microstructure in the cathode layer of the MT SOFC itself. This work is aimed at studying the power characteristics of MT SOFC using BSCFM5 as a cathode material. A cathode layer with a thickness of 65 µm, including 4 CFS layers and 4 CTS, is optimal and allows reaching the power of a single MT SOFC of 750 – 850 mW/cm2.

全文:

受限制的访问

作者简介

E. Lapushkina

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: elapushkina@solid.nsc.ru
俄罗斯联邦, 630128, Novosibirsk

V. Sivtsev

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: sivcev0811@gmail.com
俄罗斯联邦, 630128, Novosibirsk

I. Kovalev

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: sivcev0811@gmail.com
俄罗斯联邦, 630128, Novosibirsk

M. Popov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: sivcev0811@gmail.com
俄罗斯联邦, 630128, Novosibirsk

A. Nemudry

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: sivcev0811@gmail.com
俄罗斯联邦, 630128, Novosibirsk

参考

  1. Popov, M.P., Starkov, I.A., Bychkov, S.F., and Nemudry, A.P., Improvement of Ba0.5Sr0.5Co0.8 Fe0.2O3 – δ functional properties by partial substitution of cobalt with tungsten, J. Membr. Sci., 2014, vol. 469, p. 88.
  2. Teraoka, Y., Zhang, H.-M., and Yamazo, N., Oxygen – sorptive properties of defect perovskite-type La1 – x SrxCo1 – y Fey O3 – δ, Chem. Lett, 1985, vol. 14, p. 1367.
  3. Botea-Petcu, A., Tanasescu, S., Varazashvili, V., Lejava, N., Machaladze, T., Khundadze, M., Maxim, F., Teodorescu, F., Martynczuk, J., Yáng, Z., and Gauckler, J.L, Thermodynamic data of Ba0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3 – δ SOFC cathode material, Mater. Res. Bull., 2014, vol. 57, p. 184.
  4. Shao, Z.P., Yang, W.S., Cong, Y., Dong, H., Tong, J.H., and Xiong, G.X., Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δ oxygen membrane, J. Membr. Sci., 2000, vol. 172, p. 177.
  5. Zhao, H.L., Shen, W., Zhu, Z.M., Li, X., and Wang, Z.F., Preparation and properties of BaxSr1 –x CoyFe1 – yO3 – δcathode material for intermediate temperature solid oxide fuel cells, J. Power Sources, 2008, vol. 182, p. 503.
  6. Zhou, W., Ran, R., and Shao, Z., Progress in understanding and development of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δ – based cathodes for intermediate-temperature solid-oxide fuel cells: a review, J. Power Sources, 2009, vol. 192, p. 231.
  7. Chen, Z.H., Ran, R., Shao, Z.P., Yu, H., da Costa, C.D.J., and Liu, S.M., Further performance improvement of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δ perovskite membranes for air separation, Ceram. Int., 2009, vol. 35, p. 2455.
  8. Shao, Z.P., Xiong, G.X., Tong, J.H., Dong, H., and Yang, W.S., Ba effect in doped Sr (Co0.8Fe0.2) O3 – δ on the phase structure and oxygen permeation properties of the dense ceramic membranes, Sep. Purif. Technol., 2001, vol. 25, p. 419.
  9. Vente, J.F., Haije, W.G., and Rak, Z.S., Performance of functional perovskite membranes for oxygen production, J. Membr. Sci., 2006, vol. 276, p. 178.
  10. Shao, Z.P. and Haile, S.M., A high-performance cathode for the next generation of solid-oxide fuel cells, Nature, 2004, vol. 431, p. 170.
  11. Shao, Z.P., Haile, S.M., Ahn, J., Ronney, P.D., Zhan, Z.L., and Barnett, S.A., A thermally self-sustained micro solid-oxide fuel-cell stack with high power density, Nature, 2005, vol. 435, p. 795.
  12. Zeng, P.Y., Chen, Z.H., Zhou, W., Gu, H.X., Shao, Z.P., and Liu, S.M., Re-evaluation of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δperovskite as oxygen semi-permeable membrane, J. Membr. Sci., 2007, vol. 291, p. 148.
  13. Zhou, W., Ran, R., Shao, Z.P., Jin, W.Q., and Xu, N.P., Evaluation of A-site cation-deficient (Ba0.5Sr0.5)1 – xCo0.8Fe0.2O3 – δ (x > 0) perovskite as a solid-oxide fuel cell cathode, J. Power Sources, 2008, vol. 182, p. 24.
  14. Yang, Z., Harvey, A.S., Infortuna, A., and Gauckler, L.J., Phase relations in the Ba–Sr– Co–Fe–O system at 1273 K in air, J. Appl. Crystallogr., 2009, vol. 42, p. 153.
  15. Van Veen, A.C., Rebeilleau, M., Farrusseng, D., and Mirodatos, C., Studies on the performance stability of mixed conducting BSCFO membranes in medium temperature oxygen permeation, Chem. Commun., 2003, p. 32.
  16. Liang, F., Jiang, H., Luo, H., Caro, J., and Feldhoff, A., Phase stability and permeation behavior of a dead-end Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δ tube membrane in high-purity oxygen production, Chem. Mater., 2011, vol. 23, p. 4765.
  17. Svarcova, S., Wiik, K., Tolchard, J., Bouwmeester, H.J.M., and Grande, T., Structural instability of cubic perovskite BaxSr1 – xCo1 –y FeyO3 – δ, Solid State Ionics, 2008, vol. 178, p. 1787.
  18. Demont, A., Sayers, R., Tsiamtsouri, M.A., Romani, S., Chater, P.A., Niu, H., Marti- Gastaldo, C., Xu, Z., Deng, Z., Breard, Y., Thomas, M.F., Claridge, J.B., and Rosseinsky, M.J., Single Sublattice Endotaxial Phase Separation Driven by Charge Frustration in a Complex Oxide, J. Amer. Chem. Soc., 2013, vol. 135, p. 10114.
  19. Gasparyan, H., Claridge, J.B., and Rosseinsky, M.J., Oxygen permeation and stability of Mo-substituted BSCF membranes, J. Mater. Chem., 2015, vol. A 3, p. 18265.
  20. Artimonova, E.V., Savinskaya, O.A., and Nemudry, A.P., Effect of B-site tungsten doping on structure and oxygen permeation properties of SrCo0.8 Fe0.2O3 – δ perovskite membranes, Eur. J. Ceram. Soc., 2015, vol. 35, p. 2343.
  21. Kozhemyachenko, A.S. and Nemudry, A.P., Investigation of the functional characteristics of perovskites SrCo 0.8 – xFe 0.2NbxO 3 – δ, Chem. Sustain. Dev., 2010, vol. 18, p. 649.
  22. Nemudry, A. and Uvarov, N., Nano structuring in composites and grossly nonstoichiometric or heavily doped oxides, Solid State Ionics, 2006, vol. 177, p. 2491.
  23. Markov, A.A., Savinskaya, O.A., Patrakeev, M.V., Nemudry, A.P., Leonidov, I.A., Pavlyukhin, Yu.T., Ishchenko, A.V., and Kozhevnikov, V.L., Structural features, nonstoichiometry and high-temperature transport in SrFe1 – xMo xO3 – δ, J. Solid State Chem., 2009, vol. 182, p. 799.
  24. Savinskaya, O. and Nemudry, A.P., Oxygen transport properties of nanostructured SrFe1 – xMoxO2.5+3/2x (0
  25. Savinskaya, O.A., Nemudry, A.P., Nadeev, A.N., and Tsybulya, S.V., Synthesis and study of the thermal stability of SrFe1 – xMxO3 – z (M = Mo, W) perovskites, Solid State Ionics, 2008, vol. 179, p.1076.
  26. Markov, A.A., Patrakeev, M.V., Savinskaya, O.A., Nemudry, A.P., Leonidov, I.A., Leonidova, O.N., and Kozhevnikov, V.L., Oxygen nonstoichiometry and high-temperature transport in SrFe1 – xWxO3 – δ Solid State Ionics, 2008, vol. 179, р. 99.
  27. Shubnikova, E.V., Bragina, O.A., and Nemudry, A.P., Mixed conducting molybdenum doped BSCF materials, J. Ind. Eng. Chem., 2018, vol. 59, p. 242.
  28. Steel, B.C.H. & Heinzel, A., Materials for fuel-cell technologies, Nature, 2001, vol. 414, p. 345.
  29. Zhao, K., Kim, B.-H., Norton, M.G., and Ha, S.Y., Cathode Optimization for an Inert-Substrate-Supported Tubular Solid Oxide Fuel, Front. Energy Res. 2018, vol. 6:87, p. 1.
  30. Sun, C., Hui, R. & Roller, J., Cathode materials for solid oxide fuel cells: a review, J. Solid State Electrochem., 2010, vol. 14, p. 1125.
  31. Павздерин, Н.Б., Никонов, А.В. Структура активной части элементов твердооксидных устройств с плотным электродным текстурированным слоем (варианты). Пат. 2766871 С1 (Россия), 2022.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. SEM of a half-cell consisting of a microtubular anode substrate with APS, ES and BS.

下载 (207KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Microstructure of MT SOFC and current-voltage characteristics with a BSCFM5 cathode layer, 2 applications of CTS, cathode thickness 21 µm (a), 6 applications of CTS – 56 µm (b).

下载 (394KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Microstructure of MT SOFC with a BSCFM5 cathode layer, 4 applications of CFS: 4 applications of CTS (a), 6 applications of CTS (b), 8 applications of CTS (c).

下载 (491KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Graphs of the current-voltage characteristics of MT SOFC with a BSCFM cathode: the thickness of the cathode layer is 65 μm with 4 layers of CTS (a), the thickness of the cathode layer is 70 μm with 6 layers of CTS (b), the thickness of the cathode layer is 120 μm with 8 layers of CTS (c).

下载 (277KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».