고체 산화물 연료 전지의 전극 표면을 탐색 및 매핑
Summary
우리는 여러 특성화 기술의 동시 성능 (수 고체 산화물 연료 전지 (SOFCs)에 전극 표면을 특징에 대해 고유 한 플랫폼을 제공<em> 예에서 시츄</em> 라만 분광법 및 전기 측정과 함께 프로브 현미경을 스캔). 이러한 분석의 보완 내용은 SOFCs 더 나은 재료의 합리적인 디자인에 통찰력을 제공하는 전극 반응 및 열화 메커니즘의보다 깊은 이해를 향해 발전하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Abstract
고체 산화물 연료 전지 (SOFCs)은 잠재적으로 수소 1-7 초과 연료의 다양한 활용에 가장 효율적이고 비용 효과적인 솔루션입니다. SOFCs 일반적으로 에너지 저장 및 전환 장치에서 여러 화학 및 에너지 변환 프로세스의 속도의 성능은 주로 전극 표면을 따라 요금과 질량 이동에 의해 및 인터페이스를 통해 제한됩니다. 불행하게도, 이러한 프로세스의 기계론의 이해는 여전히 인해 주로 현장 조건에서 이러한 프로세스를 특성화의 어려움까지 부족합니다. 이 기술 격차가 SOFC 상용화에 최고 장애물입니다. 전극 반응에 관련된 표면 화학을 탐색 및 매핑 도구의 개발은 표면 프로세스의 메커니즘을 분열하고보다 효율적인 에너지 저장 및 전환 2 새로운 전극 재료의 합리적인 설계를 달성하기 위해 매우 중요합니다. 현장에서 비교적 적은 <중/ em>는 표면 분석 방법, 라만 분광법은 SOFC 양극 성능 및 저하 8-12과 관련된 화학 공정을 특징에 이상적 높은 온도와 거친 분위기와도 수행 할 수 있습니다. 또한 잠재적으로 전기의 직접 상관 관계가 작동 세포에서 화학을 부각 할 수 있도록 전기 측정을 함께 사용할 수 있습니다. 때문에 탄소 증착 8 양극 성능 저하, 10, 13, 14 ( "coking") 및 유황 중독 11 등의 관련 종에 그 감도의 중요한 양극 반응 메커니즘을 핀 포인팅을위한 현장 라만 매핑 측정에 적절한는 유용 할 것입니다 15 표면 수정이 저하 16 사전에 막다하는 방식. 현재 작업은이 기능에 대한 상당한 진전을 보여줍니다. 또한, 프로브 현미경 (SPM) 기술을 스캔 가족은 전기를 심문 할 수있는 특별한 접근 방식을 제공합니다드 nanoscale 해상도면. 정기적으로 AFM과 STM에 의해 수집 된 표면 지형뿐만 아니라, 이러한 지역의 전자 상태, 이온 확산 계수 및 표면 가능성과 같은 다른 특성도 17-22을 조사 할 수 있습니다. 이 작품에서, 전기 측정, 라만 분광법, 그리고 SPM은 yttria – 안정화 지르코니아 (YSZ) 전해질에 포함 된 니켈 메쉬 전극으로 구성되어 새로운 테스트 전극 플랫폼과 함께 사용되었습니다. H 2 S를 포함하는 연료에 따라 전지 성능 테스트 및 임피던스 분광법이 특징했고, 라만 매핑은 더욱 유황 중독의 본질을 명료하게하다하는 데 사용되었다. 현장 라만 모니터링에서 coking 행동을 조사하는 데 사용되었다. 마지막으로, 원자 힘 현미경 (AFM) 및 정전기 힘 현미경은 (EFM) 추가 nanoscale에서 탄소 증착을 시각화하는 데 사용되었습니다. 이 연구에서, 우리는 SOFC 양극의 더 완전한 그림을 생산하기 원한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
유황 중독 분석
그림 5에 표시된 임피던스 스펙트럼은 유황 중독이 아니라 재료의 대량 영향을 미치는 것보다 표면이나 계면 현상이다하는 것이 좋습니다. 특히, 니켈 메쉬 전극 (그림 6)의 빠른 중독은 연료 가스와 이후의 유황 흡착에 니켈 전극을 직접 노출 될 수도 있고 가스 확산이의 경우만큼이 과정의 속도를 제한하지 않을 두꺼운 다공성 니켈 / Y…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 HeteroFoaM 센터, 에너지의 미국학과, 과학의 사무실, 보너스 번호 DE-SC0001061에 따라 기본 에너지 과학 사무소 (BES)의 지원을받는 에너지 프론티어 연구 센터에 의해 지원되었다.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Nickel mesh | Alfa Aesar | CAS: 7440-02-0 | |
| Ni Foil | Alfa Aesar | CAS: 7440-02-0 | |
| YSZ powder | TOSOH | Lot No:S800888B | |
| Ag paste | Heraeus | C8710 | |
| Barium oxide | Sigma-Aldrich | 1304-28-5 | |
| Silver wire | Alfa Aesar | 7440-22-4 | |
| Acetone | VWR | 67-64-1 | |
| Ethanol | Alfa Aesar | 64-17-5 | |
| UHP H2 | Airgas | 99.999% purity | |
| 100 ppm H2S/H2 | Airgas | Certified custom mix | |
| n-type Si AFM tip | MikroMasch | NSC16 | 10 nm tip radius |
| Au coated AFM tip | MikroMasch | CSC11/Au/Cr | 20-30 nm tip radius |
| Raman Spectrometer | Renishaw | RM1000 | |
| Ar Ion laser | ModuLaser | StellarPro 150 | |
| He-Ne laser | Thorlabs | HPL170 | |
| Atomic Force Microscope | Veeco | Nanoscope IIIA | |
| Moving Raman Stage | Prior Scientific | H101RNSW | |
| Optical Microscope | Leica | DMLM | |
| Scanning Electron Microscope | LEO | 1550 | |
| Tube Furnace | Applied Test Systems | 2110 | |
| Polisher | Allied High Tech Products | MetPrep | |
| 6 μm Grinding media | Allied High Tech Products | 50-50040M | |
| 3 μm Polishing media | Allied High Tech Products | 90-30020 | |
| 1 μm Polishing media | Allied High Tech Products | 90-30015 | |
| 0.1 μm Polishing media | Allied High Tech Products | 90-32000 | |
| Raman chamber | Harrick Scientific | HTRC |
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