Ni-SDC cermet anode for medium-temperature solid oxide fuel cell with lanthanum gallate electrolyte

Zhang, Xinge; Ohara, Satoshi; Marić, Radenka; Mukai, Kosuke; Fukui, Takehisa; Yoshida, Hiroyuki; Nishimura, Masayoshi; Inagaki, Toru; Miura, Kumiko

doi:10.1016/s0378-7753(99)00293-1

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“…Among these reports, [3][4][5][6][7][8][9][10][11][12] single ceramic fuel cell tests using a thick-film ͑Ͼ500 m͒ LSGM as the electrolyte have demonstrated a most encouraging cell performance at an operating temperature T op Ͻ800°C. 5,6 The major contributions to the high power density exhibited by the LSGM-based fuel cells are attributed to the improvement of the electrolyte conductivity and, more important, its exceptional structural and chemical compatibility with perovskite cathode materials that are mixed electronic and oxide-ion conductors ͑MEOCs͒.…”

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“…It was found in a later study that the LSGM reacts readily with the NiO during the anode preparation and cell operation. 4,5 To eliminate this reaction, we introduced a Ni-free interlayer SDC20 between LSGM and anode SDC20 ϩ NiO, and the power density of the cell was further increased from 450 to 550 mW/cm 2 at 800°C with an extended stable power output over 1500 h. 5 Although the performance of LSGM-based fuel cells has been improving progressively in the past 5 years in our laboratory [3][4][5][6][7] as well as in other groups, [8][9][10][11][12] a thorough understanding of the chemical reactions between LSGM and a Ni-containing CeO 2 -based anode is still lacking. Recently, Hrovat et al [16][17][18][19][20] systematically studied phase relationships between La 2 O 3 , Ga 2 O 3 , CeO 2 , and various transition-metal oxides.…”

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Increasing Power Density of LSGM-Based Solid Oxide Fuel Cells Using New Anode Materials

Huang

Wan

Goodenough

2001

J. Electrochem. Soc.

213

120

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Chemical reactions between the superior perovskite oxide-ion conductor Sr- and Mg-doped LaGaO3 (LSGM), CeO2, and NiO have been studied by powder X-ray diffraction. The results showed that an extensive reactivity occurs as a result of La migration driven by a gradient of La chemical activity. La migration across the LSGM/electrode interfaces in a fuel cell leads to the formation of resistive phases at the interface, either LaSrGa3O7 or LaSrGaO4. Use of 40 mol % La2O3 -doped CeO2 as an interlayer between anode and electrolyte as well as in the NiO-containing anode prevents all reactions found. Consequently, the air- H2 cell maximum power density was increased to nearly 900 mW/cm2 at 800°C with a 600 μm thick LSGM electrolyte. No sign of degradation was observed at 800°C over 2 weeks for an interlayered cell under a loading current density of 250 mA/cm2. © 2001 The Electrochemical Society. All rights reserved.

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Increasing Power Density of LSGM-Based Solid Oxide Fuel Cells Using New Anode Materials

Huang

Wan

Goodenough

2001

J. Electrochem. Soc.

213

120

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“…En este contexto, existen otros materiales alternativos al electrolito YSZ, tales como el GDC (cerio dopado con gadolinio) y el LSGM (galato de lantano dopado con estroncio y magnesio), los cuales se han convertido en los últimos años en serias alternativas, debido a que presentan unas conductividades iónicas similares a la del YSZ a temperaturas más bajas de aproximadamente 200°C. En concreto, varios estudios han mostrado que el compósito LSGM posee una conductividad electrónica más alta que el YSZ 53,54 aunque se ha hecho notar la conductividad iónica equivalente de YSZ a 1000 ºC 55 . Por otra parte, se menciona que el electrolito LSGM combinado con al ánodo Ni/SDC tiene más probabilidades de éxito a una temperatura entre 700-800 ºC 56 .…”

Section: Celda De Combustible De Carbonatos Fundidos (Molten Carbonatunclassified

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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“…No entanto, apesar de ser amplamente utilizado, o ânodo contendo Ni é responsável por alguns problemas de incompatibilidade com eletrólitos que apresentam lantânio em sua composição [11]. Outro problema está relacionado à atividade eletrocatalítica do Ni na oxidação eletroquímica do hidrogênio, que pode ser prejudicada quando gás natural ou metano é utilizado diretamente como combustível, devido à deposição de carbono sobre as partículas de Ni.…”

Section: Principais Materiais Usados Na Constituição Do âNodounclassified

Materiais usados na constituição dos principais componentes de células a combustível de óxido sólido

Nascimento

Mohallem

2009

Cerâmica

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ResumoAs células a combustível de óxido sólido (SOFC) são dispositivos capazes de gerar energia elétrica com alta eficiência e baixa emissão de poluentes. As altas temperaturas de operação dessas células (600 a 1000 ºC) são benéficas no sentido de possibilitar a reforma in situ do combustível utilizado, bem como sua aplicação em sistemas de co-geração de energia, aumentando sua eficiência teórica total que pode chegar entre 80 e 85%. Entretanto, essas altas temperaturas, o contato direto entre materiais de constituições químicas diferentes e a utilização de gases redutores e oxidantes, são alguns dos fatores que impõem severas restrições aos materiais usados na preparação de seus principais componentes. O presente artigo tem como objetivo revisar o desenvolvimento do estado da arte, com relação aos materiais de ânodo, cátodo, eletrólito, interconectores e selantes, usados em SOFCs. Os requisitos necessários para o bom funcionamento de cada componente e os materiais que melhor se adequam aos mesmos são descritos. As vantagens e desvantagens dos principais materiais encontrados na literatura são também comentadas e comparadas. Palavras-chave: células a combustível de óxido sólido, ânodo, cátodo, eletrólito. Abstract Solid oxide fuel cells (SOFC

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Ni-SDC cermet anode for medium-temperature solid oxide fuel cell with lanthanum gallate electrolyte

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Increasing Power Density of LSGM-Based Solid Oxide Fuel Cells Using New Anode Materials

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Estudio comparativo de las diferentes tecnologías de celdas de combustible

Materiais usados na constituição dos principais componentes de células a combustível de óxido sólido

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