Исследование электрических свойств и микроструктуры анода твердооксидного топливного элемента на основе композита Ni/Ce0.8Gd0.2O2, сформированного с использованием 3D-печати

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе изготовлена серия анодных заготовок NiO/Ce0.8Gd0.2O2 (NiO/GDC) твердооксидного топливного элемента планарной геометрии с применением метода микрокапельной 3D-печати с использованием пневматического дозирующего клапана. Для анодных заготовок были исследованы зависимости пористости и коэффициента усадки при спекании от метода изготовления. Проведено восстановление анодных заготовок c получением кермета NiCe0.8Gd0.2O2, и исследовано влияние параметров печати на морфологические, структурные и электрохимические характеристики полученных образцов. Установлено, что использование 3D-печати увеличивает пористость композита Ni/GDC с 7 до 23% по сравнению с образцом, полученным литьем, при этом сохраняется высокое значение электропроводности (2.82 ± 0.06)·103 См/см.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Д. Асмедьянова

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН; Новосибирский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: asmedianova@gmail.com
Россия, Новосибирск; Новосибирск

А. И. Титков

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: asmedianova@gmail.com
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Tai, X.Y., Zhakeyev, A., Wang, H., Jiao, K., Zhang, H., and Xuan, J., Accelerating Fuel Cell Development with Additive Manufacturing Technologies: State of the Art, Opportunities and Challenges, Fuel Cells, 2019, vol. 19, no. 6, p. 636.
  2. Лебедева, М.В., Яштулов, Н.А. Топливные элементы – характеристика, физико-химические параметры, применение. Учеб. пособие. М.: Мир науки, 2020. Сетевое изд., с. 17.
  3. Modak, C.D., Kumar, A., Tripathy, A., and Sen, P., Drop impact printing, Nat. Commun., 2020, vol. 11, p. 4327.
  4. Bagishev, A., Titkov, A., Vorobyev, A., Borisenko, T., Bessmeltsev, V., Katasonov, D., and Nemudry, A., Development of composite electrode materials based on nickel oxide for additive manufacturing of fuel cells, MATEC Web of Conferences, 2021, vol. 340, p. 1115.
  5. Bagishev, A.S., Mal’bakhova, I.M., Vorob’ev, A.M., Borisenko, T.A., Asmedianova, A.D., Titkov, A.I., and Nemudryi, A.P., Layer-by-Layer Formation of the NiO/CGO Composite Anode for SOFC by 3D Inkjet Printing Combined with Laser Treatment, Russ. J. Electrochem., 2022, vol. 58, p. 600.
  6. Lv, Z., Huang, X., and Liu, X., Effect of Fuel Depletion on Ni-YSZ Anode Supported Membrane Fuel Cell Under Different Discharge Modes, ECS Trans., 2021, vol. 103, no. 1, p. 1059.
  7. Hussain, S. and Yangping, L., Review of solid oxide fuel cell materials: cathode, anode, and electrolyte, Energy Transitions, 2020, vol. 4, p.113.
  8. Gorte, R.J. and Vohs, J.M., Novel SOFC anodes for the direct electrochemical oxidation of hydrocarbons, J. Catalysis, 2003, vol. 216, p. 481.
  9. Steele, B.C.H., Appraisal of Ce1 – yGdyO2 – y/2 electrolytes for IT-SOFC operation at 500 оC, Solid State Ionics, 2000, vol. 129, no. 1–4, p. 95.
  10. Iwanschitz, B., Sfeir, J., Mai, A., and Schütze, M., Degradation of SOFC anodes upon redox cycling: a comparison between Ni/YSZ and Ni/CGO, J. Electrochem. Soc., 2010, vol. 157, no. 2, p. B269.
  11. Will, J., Mitterdorfer, A., Kleinlogel, C., Perednis, D., and Gauckler, L., Fabrication of thin electrolytes for second-generation solid oxide fuel cells, Solid State Ionics, 2000, no. 131, p. 79.
  12. Xiao, Guoliang and Chen, Fanglin, Redox Stable Anodes for Solid Oxide Fuel Cell, Frontiers in Energy Res., 2014, vol. 2, article 18, p. 1.
  13. Dr. de Haart, L.G.J., Solid Oxide Fuel Cells – Integrating Degradation Effects into Lifetime Prediction Models, New Energy World, 2014, p. 7.
  14. Grilo, João P.F., Macedo, Daniel A., Nascimento, Rubens M., and Marques, Fernando M.B., Assessment of NiO-CGO composites as cermet precursors, Solid State Ionics, 2018, vol. 321, p. 120.
  15. Gil, V., Moure, C., & Tartaj, J., Sinterability, microstructures and electrical properties of Ni/Gd-doped ceria cermets used as anode materials for SOFC, J. Europ. Ceram. Soc., 2007, vol. 27, p. 4208.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микрофотографии композитной анодной заготовки NiO/GDC, полученной методом: литья (а), 3D-печати (б).

Скачать (132KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгенограммы образца, полученного 3D-печатью, после спекания при 1400 oС (снизу) и после последующего восстановления при 600 oС (сверху).

Скачать (59KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрофотографии композитных анодов Ni/GDC после восстановления, полученных: (a) и (в) методом литья, (б) и (г) 3D-печатью, при двух увеличениях.

Скачать (247KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024