Influence of porous composite microstructure on the processing and properties of solid oxide fuel cell anodes

Clemmer, Ryan

doi:10.1016/j.ssi.2003.12.009

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“…For example, the coefficient of thermal REVIEW www.advmat.de expansion (CTE) for conventional composites typically varies with the weighted average CTEs of the individual components. [89] However, with composites formed by infiltration of a perovskite into porous YSZ, it was demonstrated that the CTE was closer to that of the YSZ scaffold than to the weighted average CTE. [27] This is due to the fact that, when the perovskite forms a coating over the YSZ, the YSZ still provides the mechanical properties of the composite.…”

Section: Composite Propertiesmentioning

confidence: 99%

High‐Performance SOFC Cathodes Prepared by Infiltration

2009

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Improved cathodes are required for low‐temperature operation of solid‐oxide fuel cells (SOFCs). Recent work has shown that electrode fabrication and modification by infiltration of active components into a porous scaffold can result in outstanding electrochemical performance. In this paper we review the literature on this new approach for cathode preparation and discuss the insights that this work has provided for understanding the relationships between the materials properties, electrochemical performance, and electrode stability.

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Section: Composite Propertiesmentioning

confidence: 99%

High‐Performance SOFC Cathodes Prepared by Infiltration

2009

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“…Porosity can be further increased by the addition of thermal fugitives (e.g., carbon, polymers, graphite, etc. of varying morphologies) to the tape cast premix to improve the gas transport characteristics, but at the cost of mechanical strength [11,12].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Thin film YSZ coatings on functionally graded freeze cast NiO/YSZ SOFC anode supports

et al. 2008

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Intermediate temperature (600-800°C) solid oxide fuel cell (SOFC) technology is often limited by inadequate gas transport in electrodes, and high ion transport resistance electrolytes. In this study, large area filtered arc deposition (LAFAD) and hybrid filtered arc-assisted e-beam physical vapor deposition (FA-EBPVD) technologies, in combination with freeze-tape-casting, were used to fabricate SOFC anode/electrolyte bi-layers with functionally graded porous anode microstructures and thin film electrolytes favorable for both gas transport and low resistance. Traditionally-processed NiO/YSZ in addition to freeze-tape-cast NiO/YSZ anode substrates were fabricated and subsequently coated with thin film (\1-20 lm) YSZ via LAFAD and FA-EBPVD. LAFAD was found to be effective in applying thin (*1 lm) dense YSZ films on porous substrates at *400°C. FA-EBPVD produced relatively thick (*10-20 lm) dense YSZ coatings on porous substrates, with columnar morphology and nano-metrical grain size. A *10 lm FA-EBPVD YSZ coating was observed to bridge NiO/YSZ surface pores of *10 lm, which typically requires pre-filling prior to conventional thin film coating processes. Coated substrates exhibited negligible curvature, yielding flat anode/electrode bi-layers up to 2.5 cm in diameter. These results are presented with conderations for future SOFC development discussed.

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“…Comparada com outros métodos de fabricação, a prensagem a seco é simples, reprodutível e eficiente em termos de custo. Entre os métodos de fabricação mais empregados, cita-se spray pirólise [35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50][51][52], screen printing [53,54] e a deposição a vapor, física (PVD) ou química (CVD) [55], ou ainda uma combinação desses métodos [56]. Muitos trabalhos preparam uma camada por prensagem e a segunda camada por screen printing; por exemplo, eletrólito [27,31,35], eletrólito e catodo [32], ou eletrodos [33] por prensagem e as demais camadas por outras técnicas.…”

Section: Preparação Da Célula Unitáriaunclassified

Preparação e avaliação de célula a combustível do tipo PaCOS unitária com ânodo a base de níquel e cobalto

Silva¹,

Alencar²,

Fiúza³

et al. 2007

Matéria (Rio J.)

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RESUMOUma célula a combustível do tipo PACOS unitária foi preparada e avaliada na geração de energia elétrica, utilizando metano ou hidrogênio como combustível. O ânodo da célula foi sintetizado a partir do eletro-catalisador desenvolvido e testado nesse trabalho (CATAC). O CATAC foi preparado pela mistura mecânica da zircônia estabilizada com ítria (YSZ) com os precursores metálicos (nitrato de níquel e cobalto, em sua forma hexahidratado), adicionando-se 25% de ácido cítrico à massa total da mistura e por fim calcinado a 800°C por quatro horas em ar. O catalisador foi caracterizado por fluorescência de raios X (XRF) e espectroscopia foto-eletrônica de raios X (XPS), a qual não indicou interação eletrônica entre o cobalto e níquel; o teor metálico do CATAC foi de aproximadamente 35% em massa. O CATAC foi testado para a geração de hidrogênio a partir da reforma a vapor do metano, mostrando boa produtividade de hidrogênio a partir de 600ºC. A estrutura do ânodo/eletrólito/cátodo foi preparada por prensagem de uma camada de CATAC misturado com grafite, uma camada de YSZ puro, e uma camada de óxido misto de lantânio, estrôncio e manganês (LSM) e grafite. O conjunto foi então prensado e sinterizado a 1380°C por quatro horas. Nas superfícies do ânodo e cátodo foram fixadas telas de platina, com o auxílio de tinta de platina, sendo o conjunto aquecido a 1100°C. Todo o sistema foi colado a um reator de alumina utilizando cola cerâmica. Microscopias por MEV da estrutura mostraram eletrólito denso e eletrodos porosos, com um conjunto adequadamente sinterizado. A célula unitária foi testada utilizando metano ou hidrogênio como combustível, a três temperaturas de operação. A tensão variou inversamente proporcional com a corrente, quando o desempenho foi medido a 850 ou 950ºC e hidrogênio, mas manteve-se constante acima de cinco mV a 800ºC com metano. A célula unitária mostrou um desempenho satisfatório na geração de eletricidade tanto com metano quanto com hidrogênio como combustíveis. Palavras chaves:Rede Cooperativa, pilha a combustível, óxido sólido, catalisador, níquel, cobalto, YSZ. Synthesis and Evaluation of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) with Anode based on Nickel and Cobalt ABSTRACTA unitary solid oxide fuel cell (SOFC) was prepared and evaluated for the electric energy generation, using methane and hydrogen as fuel. The cell anode was made with the electro-catalyst developed and characterized in this work (CATAC). CATAC was prepared by the mechanical mixture of zirconia stabilized with ytria (YSZ) and the metallic precursors (nickel and cobalt nitrate, hexahydrated), adding 25% of citric acid to the total mass, and finally calcined at 800°C for four hours in air. The catalyst was characterized by X-ray fluorescence (XRF) and X-ray photo-electronic spectroscopy (XPS), which did not indicate any electronic interaction between nickel and cobalt; CATAC metal content was approximately 35% in mass. CATAC was tested for the hydrogen generation from methane vapor reforming, showing good productivity starting at 600ºC. The ...

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Influence of porous composite microstructure on the processing and properties of solid oxide fuel cell anodes

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