Аналіз оксиду подвійного перовскіту SmBa0.5Sr0.5Co2O5+δ для твердооксидних паливних елементів, що працюють в діапазоні проміжних температур
| Autor: | Ade Indra, Hasta Kuntara, Muhamad Jalu Purnomo, Hendriwan Fahmi, Iwan Susanto, Yen-Pei Fu, Adi Subardi, Tugino Tugino, Andy Erwin Wijaya, Ratna Kartikasari |
|---|---|
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: |
Thermogravimetric analysis
Materials science Scanning electron microscope 020209 energy 0211 other engineering and technologies Analytical chemistry Oxide Energy Engineering and Power Technology 02 engineering and technology производительность элемента Industrial and Manufacturing Engineering law.invention chemistry.chemical_compound теплові властивості law Management of Technology and Innovation solid oxide fuel cell 021105 building & construction 0202 electrical engineering electronic engineering information engineering T1-995 Industry тепловые свойства Electrical and Electronic Engineering електрохімічні властивості Technology (General) твердооксидный топливный элемент oxygen content содержание кислорода cell performance Applied Mathematics Mechanical Engineering thermal properties Atmospheric temperature range electrochemical properties HD2321-4730.9 электрохимические свойства Cathode Computer Science Applications Anode продуктивність елемента chemistry Control and Systems Engineering твердооксидний паливний елемент вміст кисню Solid oxide fuel cell Powder diffraction |
| Zdroj: | Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol 2, Iss 12 (110), Pp 6-14 (2021) Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Vol. 2 No. 12 (110) (2021): Materials Science; 6-14 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 2 № 12 (110) (2021): Материаловедение; 6-14 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 2 № 12 (110) (2021): Матеріалознавство; 6-14 |
| ISSN: | 1729-4061 1729-3774 |
| Popis: | The main obstacle to solid oxide fuel cells (SOFCs) implementation is the high operating temperature in the range of 800–1,000 °C so that it has an impact on high costs. SOFCs work at high temperatures causing rapid breakdown between layers (anode, electrolyte, and cathode) because they have different thermal expansion. The study focused on reducing the operating temperature in the medium temperature range. SmBa0.5Sr0.5Co2O5+δ (SBSC) oxide was studied as a cathode material for IT-SOFCs based on Ce0.8Sm0.2O1.9 (SDC) electrolyte. The SBSC powder was prepared using the solid-state reaction method with repeated ball-milling and calcining. Alumina grinding balls are used because they have a high hardness to crush and smooth the powder of SOFC material. The specimens were then tested as cathode material for SOFC at intermediate temperature (600–800 °C) using X-ray powder diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), electrochemical, and scanning electron microscopy (SEM) tests. The X-ray powder diffraction (XRD) pattern of SBSC powder can be indexed to a tetragonal space group (P4/mmm). The overall change in mass of the SBSC powder is 8 % at a temperature range of 125–800 °C. A sample of SBSC powder showed a high oxygen content (5+δ) that reached 5.92 and 5.41 at temperatures of 200 °C and 800 °C, respectively. High diffusion levels and increased surface activity of oxygen reduction reactions (ORRs) can be affected by high oxygen content (5+δ). The polarization resistance (Rp) of samples sintered at 1000 °C is 4.02 Ωcm2 at 600 °C, 1.04 Ωcm2 at 700 °C, and 0.42 Ωcm2 at 800 °C. The power density of the SBSC cathode is 336.1, 387.3, and 357.4 mW/cm2 at temperatures of 625 °C, 650 °C, and 675 °C, respectively. The SBSC demonstrates as a prospective cathode material for IT-SOFC Основным препятствием для внедрения твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) является высокая рабочая температура в диапазоне 800-1000 °С, что сказывается на высоких затратах. ТОТЭ работают при высоких температурах, что вызывает быстрый разрыв между слоями (анод, электролит и катод), поскольку они имеют различное тепловое расширение. Исследование посвящено снижению рабочей температуры в среднем температурном диапазоне. В качестве катодного материала для ПТ-ТОТЭ на основе электролита Ce0.8Sm0.2O1.9 (SDC) был исследован оксид SmBa0.5Sr0.5Co2O5+δ (SBSC). Порошок SBSC получали методом твердофазной реакции с повторным измельчением в шаровой мельнице и прокаливанием. Использовались мелющие шары из оксида алюминия поскольку они обладают высокой твердостью для измельчения и сглаживания порошка материала ТОТЭ. Затем было проведено испытание образцов в качестве катодного материала для ТОТЭ при промежуточной температуре (600-800 °C) с использованием порошковой рентгеновской дифракции (ПРД), термогравиметрического анализа (ТГА), электрохимических испытаний и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Дифрактограмма порошка SBSC можно индексировать по тетрагональной кристаллографической группе (P4/mmm). Общее изменение массы порошка SBSC составляет 8% в диапазоне температур 125-800 °C. Образец порошка SBSC показал высокое содержание кислорода (5+δ), которое достигало 5,92 и 5,41 при температурах 200 °C и 800 °C соответственно. Высокое содержание кислорода (5+δ) может влиять на высокие уровни диффузии и повышенную поверхностную активность реакций восстановления кислорода (РВК). Поляризационное сопротивление (Rp) образцов, спеченных при 1000 °C, составляет 4,02 Омсм2 при 600 °C, 1,04 Омсм2 при 700 °C и 0,42 Омсм2 при 800 °C. Удельная мощность катода SBSC составляет 336,1, 387,3 и 357,4 МВт/см2 при температуре 625 °С, 650 °С и 675 °С соответственно. SBSC демонстрирует перспективность в качестве катодного материала для ПТ-ТОТЭ Основною перешкодою для впровадження твердооксидних паливних елементів (ТОПЕ) є висока робоча температура в діапазоні 800–1000 °С, що позначається на високих витратах. ТОПЕ працюють при високих температурах, що викликає швидкий розрив між шарами (анод, електроліт і катод), оскільки вони мають різне теплове розширення. Дослідження присвячено зниженню робочої температури в середньому температурному діапазоні. В якості катодного матеріалу для ПТ-ТОПЕ на основі електроліту Ce0.8Sm0.2O1.9 (SDC) був досліджений оксид SmBa0.5Sr0.5Co2O5+δ (SBSC). Порошок SBSC отримували методом твердофазної реакції з повторним подрібненням в кульовому млині і прожарюванням. Використовувалися мелючі кулі з оксиду алюмінію оскільки вони мають високу твердість для подрібнення і згладжування порошку матеріалу ТОПЕ. Потім було проведено випробування зразків в якості катодного матеріалу для ТОПЕ при проміжній температурі (600–800 °C) з використанням порошкової рентгенівської дифракції (ПРД), термогравіметричного аналізу (ТГА), електрохімічних випробувань і скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). Дифрактограму порошку SBSC можна індексувати за тетрагональною кристалографічною групою (P4/mmm). Загальна зміна маси порошку SBSC становить 8 % в діапазоні температур 125–800 °C. Зразок порошку SBSC показав високий вміст кисню (5+δ), що досягав 5,92 і 5,41 при температурах 200 °C і 800 °C відповідно. Високий вміст кисню (5+δ) може впливати на високі рівні дифузії і підвищену поверхневу активність реакцій відновлення кисню (РВК). Поляризаційний опір (Rp) зразків, спечених при 1000 °C, становить 4,02 Омсм2 при 600 °C, 1,04 Омсм2 при 700 °C і 0,42 Омсм2 при 800 °C. Питома потужність катода SBSC становить 336,1, 387,3 і 357,4 МВт/см2 при температурі 625 °С, 650 °С і 675 °С відповідно. SBSC демонструє перспективність в якості катодного матеріалу для ПТ-ТОПЕ |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|