Fabrication of thin electrolytes for second-generation solid oxide fuel cells

Will, J.; Mitterdorfer, A; Kleinlogel, C.; Perednis, Dainius; Gauckler, Ludwig J.

doi:10.1016/s0167-2738(00)00624-x

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“…However, the electrolyte conductivity and the efficiency of fuel cells are significantly reduced. One possible solution to this issue is to decrease the electrolyte thickness, thereby resulting in its internal resistance reduction [5,6].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Electrophoretic deposition of dense BaCe0.9Y0.1O3−x electrolyte thick-films on Ni-based anodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells

Žunić

Chevallier

Deganello

et al. 2009

Journal of Power Sources

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a b s t r a c tProton conducting BaCe 0.9 Y 0.1 O 3−x (BCY10) thick films are deposited on cermet anodes made of nickel-yttrium doped barium cerate using electrophoretic deposition (EPD) technique. BCY10 powders are prepared by the citrate-nitrate auto-combustion method and the cermet anodes are prepared by the evaporation and decomposition solution and suspension method. The EPD parameters are optimized and the deposition time is varied between 1 and 5 min to obtain films with different thicknesses. The anode substrates and electrolyte films are co-sintered at 1550 • C for 2 h to obtain a dense electrolyte film keeping a suitable porosity in the anode, with a single heating treatment. The samples are characterized by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and energy dispersion spectroscopy (EDS). A prototype fuel cell is prepared depositing a composite La 0.8 Sr 0.2 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 (LSCF)-BaCe 0.9 Yb 0.1 O 3−ı (10YbBC) cathode on the co-sintered half cell. Fuel cell tests that are performed at 650 • C on the prototype single cells show a maximum power density of 174 mW cm −2 .

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Electrophoretic deposition of dense BaCe0.9Y0.1O3−x electrolyte thick-films on Ni-based anodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells

Žunić

Chevallier

Deganello

et al. 2009

Journal of Power Sources

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“…Generalmente, se utilizan una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono formado internamente por el reformado del hidrocarburo como combustible, además del aire como oxidante 4 . La circonia estabilizada con itria (Yttria Stabilized Zirconia, YSZ) es el electrolito más utilizado para este tipo de celdas, debido a su elevada estabilidad química y térmica, además de su alta conductividad iónica 37,38,39 .…”

Section: Celda De Combustible De óXido Sólido (Solid Oxide Fuel Cellunclassified

“…Existen algunas investigaciones destacadas sobre el uso de materiales típicos y configuraciones, así como las ventajas y desventajas de cada diseño, rendimiento, y aplicaciones potenciales 66,67,68,69 . Otras investigaciones están orientadas a las opciones de fabricación de las celdas SOFC realizando un análisis basado en la densidad de los componentes 70 , así como una comparación de los costos en procesos selectos 71 .…”

Section: Estudio Comparativo De Las Diferentes Tecnologías De Celdas unclassified

Estudio comparativo de las diferentes tecnologías de celdas de combustible

Alvarado-Flores¹

2013

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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INTRODUCCIÓNLas celdas de combustible son básicamente sistemas termodinámicos abiertos. Operan en base a reacciones electroquímicas presentes y a los reactivos consumidos de una fuente externa 1,2,3,4 . Son alternativas favorables a los métodos convencionales de generación de energía eléctrica, con aplicación a escala menor. El hidrógeno y los combustibles hidrocarburos, contienen una cantidad importante de energía química en comparación con los convencionales materiales de baterías; por lo tanto, actualmente se han desarrollado para numerosas aplicaciones energéticas.El hidrógeno y la tecnología de las celdas de combustible, son prometedores sustitutos de los combustibles fósiles para proveer de energía a las zonas rurales donde no hay acceso a la red pública o cuando el costo de cableado es enorme, así como la transferencia de electricidad. Además, las celdas de combustible se pueden emplear como fuente segura de energía eléctrica en sistemas de alimentación ininterrumpida (uninterruptible power supplies, UPS), estaciones de generación de energía y sistemas de distribución. La tabla 1, muestra una comparación general entre los sistemas de celdas de combustible y otros sistemas de generación de energía 5,6,7 .De acuerdo a la tabla 1, se puede observar que el rendimiento más alto, se obtiene en los sistemas de celdas de combustible, en comparación con los sistemas convencionales de distribución de energía. Tienen un diseño simple y también funcionamiento confiable. Además, con el uso del hidrogeno como reactivo, estos sistemas resultan amigables con el medio ambiente produciendo energía limpia y de forma silenciosa 8,9,10,11,12,13 . Actualmente, los sistemas de celdas de combustible se utilizan ampliamente en aplicaciones a pequeña y gran escala, por Las celdas de combustible generan electricidad y calor durante la reacción electroquímica que ocurre entre el oxígeno e hidrógeno para formar agua. La tecnología de la celda de combustible es un camino prometedor para proporcionar energía en áreas rurales, donde no hay acceso a la red eléctrica pública, o donde hay un costo enorme en el cableado y transferencia de electricidad. Además, las celdas de combustible, pueden emplearse como fuente de energía, para asegurar la energía eléctrica como por ejemplo, en fuentes de potencia ininterrumpida (uninterruptible power supplies, UPS), estaciones de generación de energía y sistemas de distribución. En este artículo, se hace un estudio comparativo sobre diseño básico, principios de funcionamiento, aplicaciones, ventajas y desventajas de las diversas tecnologías disponibles para celdas de combustible. Además, se comparan las características tecno-económicas de los vehículos que funcionan con celdas de combustible a partir de hidrógeno (Fuel Cell Vehicle, FVC) y vehículos con motor de combustión interna (Internal Combustion Engine Vehicle, ICEV). Los resultados indican que los sistemas de celdas de combustibles tienen un diseño simple, confiabilidad alta, funcionamiento silencioso, alta eficiencia y menor impacto ambiental. ...

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“…The extremely large choice of precursors along with simple equipments for mass production of large areas have made spray pyrolysis an industry compatible manufacturing technique for synthesis of porous films with well-controlled microstructures. It has a great potential for producing functionallygraded electrodes that require the deposition of multiple layers of material, each with a different pore structure [49][50][51] .…”

Section: Research Objectives and Motivationmentioning

confidence: 99%

Microstructure Sensitive Design and Processing in Solid Oxide Electrolyzer Cell

Garmestani¹,

Herring²

2009

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SUMMARYThe aim of this study was to develop an inexpensive manufacturing process for deposition of functionally graded thin films of LSM oxides with porosity graded microstructures for use as IT-SOFCs cathode. The spray pyrolysis method was chosen as a low-temperature processing technique for deposition of porous LSM films onto dense YSZ substrates. The effort was directed toward the optimization of the processing conditions for deposition of high quality LSM films with variety of morphologies in the range of dense to porous microstructures. Results of optimization studies of spray parameters revealed that the substrate surface temperature is the most critical parameter influencing the roughness and morphology, porosity, cracking and crystallinity of the film. Physical and chemical properties of deposited thin films such as porosity, morphology, phase crystallinity and compositional homogeneity have shown to be extensively dependent on the preparation conditions. Detailed analysis of the film formation mechanisms have been discussed in this work. It is suggested that using volatile metal-organic precursors as in CVD would alter the film formation mechanism to MOCVD process in which films of high quality can be processed. Novel electrode microstructures currently include a graded microstructure wherein the large pores are made close to the surface in outer layers for maximum mass transport into the electrode structure and smaller pores and particles close to the electrolyte interface would create maximum number of active reaction sites. Taking the advantage of simplicity of spray pyrolysis technique combined with using metal-organic compounds, the conventional ultrasonic spray system was upgraded to a novel system whereby highly crystalline multiMicrostructure Sensitive Design for Materials in Solid Oxide Electrolyzer Cell, Garmestani vi layered porosity graded LSM cathode with columnar morphology with good electrical conductivity in the range of 500-700 °C was fabricated through a multi-step spray and via optimizing spray parameters. This achievement for the current graded LSM cathode would allow its use in IT-SOFCs.Microstructure Sensitive Design for Materials in Solid Oxide Electrolyzer Cell, Garmestani 7

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Fabrication of thin electrolytes for second-generation solid oxide fuel cells

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Electrophoretic deposition of dense BaCe0.9Y0.1O3−x electrolyte thick-films on Ni-based anodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells

Electrophoretic deposition of dense BaCe0.9Y0.1O3−x electrolyte thick-films on Ni-based anodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells

Estudio comparativo de las diferentes tecnologías de celdas de combustible

Microstructure Sensitive Design and Processing in Solid Oxide Electrolyzer Cell

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