Изготовление полуячейки твердооксидного топливного элемента на основе пористого никеля и тонкопленочного электролита из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия

Авторы

  • Р.Е. Бейсенов Казахстанско-Британский технический университет, ул. Толе би, 59, Алматы, Казахстан
  • А.Г. Умирзаков Сатпаев Университет, ул. Сатпаева, 22а, Алматы, Казахстан; Физико-технический институт, ул. Ибрагимова, 11, Алматы, Казахстан
  • Е.Е. Бейсенова Сатпаев Университет, ул. Сатпаева, 22а, Алматы, Казахстан
  • А.Д. Кудайберген Сатпаев Университет, ул. Сатпаева, 22а, Алматы, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc536

Ключевые слова:

тонкопленочные твердооксидные топливные элементы, пористый анод, порообразующий агент, электролит, импульсное лазерное осаждение.

Аннотация

В работе был получен и исследован пористый никелевый анод тонкопленочного твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ), полученный методом горячего прессования порошка с добавлением порообразователя (ПО). Порошки Ni и ПО смешивали в различном соотношении, прессовали в пресс-форме и дополнительно спекали. Была разработана технология полировки с использованием порошка циркония, стабилизированного иттрием (YSZ), для уменьшения шероховатости поверхности анода на основе Ni с целью нанесения слоя электролита без трещин. На поверхность анода был нанесен тонкопленочный электролит YSZ толщиной 3 мкм методом импульсного лазерного осаждения. Морфологические и элементные анализы образцов были охарактеризованы методами сканирующей электронной микроскопии и спектроскопии EDS. Для фазового анализа и определения структурных характеристик использовалась рентгеновская дифракция. Удельные площади поверхности полученных анодов были рассчитаны по их изотермам адсорбции и десорбции N2 с использованием сорбтометра и рассчитаны методом Брунауэра Эммета-Теллера (BET). В результате наибольшей механической прочностью и удельной площадью поверхности (15,42 м2г-1) обладал образец с содержанием ПО, равным 40%, в то время как его ионная проводимость при 800 °C достигала 6,4∙10-2 С/см.

Библиографические ссылки

(1). Yu F, Han T, Wang Z, Xie Y, Wu Y, Jin Y, Yang N, Xiao J, Kawi S (2021) Int. J. Hydrogen Energ. 46:4283-4300. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.10.259

(2). Li L, Lin J, Wu N, Xie S, Meng C, Zheng Y, Wang X, Zhao Y (2020) Energy and Built Environment 3:139-157. https://doi.org/10.1016/j.enbenv.2020.12.002

(3). Sultanov FR, Daulbayev C, Bakbolat B, Mansurov ZA (2018) Eurasian Chem.-Technol. J. 20:195-200. https://doi.org/10.18321/ectj721

(4). Sultanov FR, Daulbayev Ch, Bakbolat B, Mansurov ZA, Urazgaliyeva AA, Rabi Ebrahim, Pei SS, Kun-Ping Huang (2020) Carbon Lett. 30:81-92. DOI:10.1007/s42823- 019-00073-5

(5). Yang B, Guo Z, Wang J, Wang J, Zhu T, Shu H, Qiu G, Chen J, Zhang J. (2021) J. Energy Storage 34:102153. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.102153

(6). Zeng Z, Qian Y, Zhang Y, Hao C, Dan D, Zhuge W (2020) Appl. Energ. 280:115899. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115899

(7). Ma M, Yang X, Qiao J, Sun W, Wang Z, Sun K (2021) J. Energy Chem 56:209-222. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.013

(8). Abd Aziz AJ, Baharuddin NA, Somalu MR, Muchtar A (2020) Ceram. Int. 46:23314-23325. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.06.176

(9). Ding D, Li X, Yuxiu Lai S, Gerdes K, Liu M (2014) Energ. Environ. Sci. 7:552-575. https://doi.org/10.1039/c3ee42926a

(10). Glenn MJ, Allen JA, Donne SW (2020) J. Power Sources 453:227662. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227662

(11). Benamira M, Ringuedé A, Albin V, Vannier R-N, Hildebrandt L, Lagergren C, Cassir M (2011) J.Power Sources 196:5546-5554. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.02.004

(12). Hou J, Yang M, Zhang J (2020) Renew. Energ. 155:1355-1371. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.04.002

(13). Prykhodko Y, Fatyeyeva K, Hespel L, Marais S (2021) Chem. Eng. J. 409:127329. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127329

(14). Xu X, Xu Y, Ma J, Yin Y, Fronzi M, Wang X, Bi L (2021) J. Power Sources. 489:229486. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.229486

(15). Sultanov FR, Bakbolat B, Mansurov ZA, Azizov ZM, Pei SS, Ebrahim R, Daulbayev Ch, Urazgaliyeva AA, Tulepov MI (2017) Eurasian Chem.-Technol. J. 19:127-132. https://doi.org/10.18321/ectj286

(16). Beissenov RE, Mereke AL, Umirzakov AG, Mansurov ZA, Rakhmetov BA, Beisenova YY, Shaikenova AA, Muratov DA (2021) Mat. Sci. Semicon. Proc. 121:105360. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105360

(17). Daulbaev CB, Dmitriev TP, Sultanov FR, Mansurov ZA, Aliev ET (2017) J. Eng. Phys. Thermophys. 90:1115-1118. https://doi.org/10.1007/s10891-017-1665-z

(18). Agarwal M, Kumar V, Malladi SRK, Balasubramaniam R, Balani K (2010) JOM. 62:88-92. https://doi.org/10.1007/s11837-010-0095-6

(19). Lv X, Chen H, Zhou W, Cheng F, Li S-D, Shao Z (2020) Renew. Energ. 150:334-341. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.12.126

(20). Fergus JW (2006) Solid State Ionics. 177(17-18):1529-1541. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2006.07.012

(21). Ebrahim R, Yeleuov M, Ignatiev A (2017) Adv. Mater. Technol. 2:1700098. https://doi.org/10.1002/admt.201700098

(22). Zakaria Z, Abu Hassan SH, Shaari N, Yahaya AZ, Boon Kar Y (2019) Int. J. Energ. Res. 44:631-650. https://doi.org/10.1002/er.4944

(23). Hidalgo H, Reguzina E, Millon E, Thomann A-L, Mathias J, Boulmer-Leborgne C, Sauvage T, Brault P (2011) Surf. Coat. Tech. 205:4495-4499. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.03.077

(24). Nenning A, Gerstl M, Bram M, Opitz AK (2019) ECS Trans. 91:479-490. https://doi.org/10.1149/09101.0479ecst

(25). Hauch A, Mogensen M (2010) Solid State Ionics. 181:745-753. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2010.04.001

(26). Buyukaksoy A, Birss V (2015) ECS Trans. 66:253-265. https://doi.org/10.1149/06602.0253ecst

(27). Sam Zhang (2010) Organic Nanostructured Thin Film Devices and Coatings for Clean Energy, Chapter 5: Thin Coating Technologies and Applications in High-Temperature Solid Oxide Fuel Cells. 1:254. DOI:10.1201/ b11846

(28). Holtappels P, Sorof C, Verbraeken MC, Rambert S, Vogt U. (2006) Fuel Cells. 6:113-116. https://doi.org/10.1002/fuce.200500116

(29). Haslam JJ, Pham A-Q, Chung BW, DiCarlo JF, Glass RS (2005) J. Am. Ceram. Soc. 88:513-518. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00097.x

(30). Walton KS, Snurr RQ (2007) J. Am. Chem. Soc.129:8552-8556. https://doi.org/10.1021/ja071174k

(31). Suciu C, Dorolti E, Hoffmann AC (2018) Mater.Sci. Energy Technol. 1:136-145. https://doi.org/10.1016/j.mset.2018.06.007

Загрузки

Опубликован

16-03-2022

Как цитировать

Бейсенов, Р., Умирзаков, А., Бейсенова, Е., & Кудайберген, А. (2022). Изготовление полуячейки твердооксидного топливного элемента на основе пористого никеля и тонкопленочного электролита из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Горение и плазмохимия, 20(2), 123–132. https://doi.org/10.18321/cpc536

Выпуск

Том 20 № 2 (2022): ГОРЕНИЕ И ПЛАЗМОХИМИЯ

Раздел

Статьи

Лицензия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)