反応性添加物を用いたSOFC空気極のガラス質不純物への耐性の向上に関する研究

使用反应性添加剂提高SOFC空气电极抗玻璃态杂质的研究

基本信息

  • 批准号:
    26820297
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2014-04-01 至 2015-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Fast oxygen exchange kinetics, a key figure of merit in solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes, is often dramatically hindered by the presence of even small concentrations of impurities. Si, for example, is common in ceramics processing. It was found that rapid degradation of oxygen exchange kinetics occurred on dense thin films of Pr0.1Ce0.9O2-d (PCO), a mixed ionic electronic conducting electrode for SOFCs. A new optical transmission relaxation (OTR) technique was developed to aid in measuring kinetics on the bare film surfaces. A key advantage of this technique is that it does not require current collectors typical of conventional measurements. Si was identified by TEM and XPS as a significant surface impurity, which forms a blocking layer on the electrode surface. Deposition of a La oxide film was found to result in full recovery of oxygen exchange kinetics on the measured sample. La and Si oxides were found to interact with each other as identified by a shift in the O1s XPS peak and a systematic OTR study of films that likely react with Si (e.g. La, Sm oxides) and those that do not (e.g. Nb, Ti, Zn oxides). These results indicate that La may "clean" the surface of the SOFC electrode, thereby dramatically improving oxygen transport kinetics. Preliminary measurements of OTR on a La-PCO solid solution indicates improved long-term electrode kinetics stability, demonstrating the commercial potential of this method to achieve Si impurity tolerance.
快速氧交换动力学是固体氧化物燃料电池 (SOFC) 电极的一个关键品质因数,即使是小浓度的杂质的存在也常常会严重阻碍这一特性。例如,硅在陶瓷加工中很常见。研究发现,用于 SOFC 的混合离子电子导电电极 Pr0.1Ce0.9O2-d (PCO) 的致密薄膜上发生氧交换动力学的快速退化。开发了一种新的光传输弛豫(OTR)技术来帮助测量裸膜表面的动力学。该技术的一个关键优点是它不需要传统测量中典型的集电器。通过 TEM 和 XPS 鉴定出 Si 是一种重要的表面杂质,它在电极表面形成阻挡层。发现 La 氧化膜的沉积导致测量样品上的氧交换动力学完全恢复。通过 O1s XPS 峰的移动以及对可​​能与 Si 发生反应的薄膜(例如 La、Sm 氧化物)和那些不与 Si 发生反应的薄膜(例如 Nb、Ti)进行的系统 OTR 研究,发现 La 和 Si 氧化物会相互作用。 ,氧化锌)。这些结果表明La可以“清洁”SOFC电极的表面,从而显着改善氧传输动力学。 La-PCO 固溶体上 OTR 的初步测量表明长期电极动力学稳定性得到改善,证明了该方法实现 Si 杂质耐受性的商业潜力。

项目成果

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Oxygen exchange kinetics of thin films studied by optical transmission relaxation: correlation with surface composition and microstructure
通过光学传输弛豫研究薄膜的氧交换动力学:与表面成分和微观结构的相关性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. R. Bishop;L. Zhao;T. Daio;N. H. Perry;and K. Sasaki
  • 通讯作者:
    and K. Sasaki
Greatly improved Si impurity tolerance of SOFC electrodes identified through in situ optical transmission relaxation (OTR)
通过原位光传输弛豫 (OTR) 确定 SOFC 电极的硅杂质耐受性大大提高
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Liang Zhao;Nicola H. Perry;Takeshi Daio;Kazunari Sasaki;Sean R. Bishop
  • 通讯作者:
    Sean R. Bishop
Oxygen exchange kinetics on Pr-CeO2 cathode material measured by optical transmission relaxation (OTR)
通过光传输弛豫 (OTR) 测量 Pr-CeO2 阴极材料的氧交换动力学
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    L. Zhao;N. H. Perry;T. Daio;K. Sasaki;S. R. Bishop
  • 通讯作者:
    S. R. Bishop
Bishop Research Group
毕夏普研究小组
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Oxygen exchange kinetics of thin films studied by optical absorption relaxation
通过光学吸收弛豫研究薄膜的氧交换动力学
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. R. Bishop;L. Zhao;N. H. Perry;and K. Sasaki
  • 通讯作者:
    and K. Sasaki
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