Interconnect

Minh, Nguyễn Quang

doi:10.1016/b978-044489568-4/50008-6

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“…De maneira geral, a condutividade elétrica das cromitas dopadas é consideravelmente menor em atmosferas redutoras e, portanto, um gradiente de condutividade elétrica é estabelecido no interconector durante o funcionamento da célula a combustível de óxido sólido [95]. Coincidentemente, o valor efetivo da condutividade elétrica do LaCrO 3 dopado é suficientemente alto para a operação de célula a combustível de óxido sólido a temperaturas maiores que 800 °C [96]. Entretanto, para temperaturas menores, a condutividade elétrica é substancialmente menor, o que, em princípio, torna inviável a utilização destes materiais em célula a combustível de temperaturas intermediárias [97].…”

Section: Interconectores E Selantesunclassified

Materiais cerâmicos para células a combustível

et al. 2004

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INTRODUÇÃOCélula a combustível é um dispositivo que converte eletroquimicamente combustíveis químicos em eletricidade; é, essencialmente, uma bateria que não para de fornecer corrente elétrica por causa da contínua alimentação externa de combustível. Em outras palavras, é uma bateria na qual os dois eletrodos não são consumidos durante a descarga, mas agem simplesmente como locais para a reação entre combustível e oxidante [1]. Células a combustível convertem energia química diretamente em energia elétrica com eficiência termodinâmica não limitada pelo ciclo de Carnot [2,3]. Essa vantagem das células a combustível depende, entretanto, de como os combustíveis que serão utilizados podem ser reformados para produzir hidrogênio e dióxido de carbono [4]. Toda célula a combustível é composta de uma seqüência de unidades, cada uma com quatro componentes: o eletrólito, o eletrodo para o ar (ar é o oxidante), o eletrodo para o combustível (o mais comum é o hidrogênio), e o interconector.Muitos tipos de células a combustível foram desenvolvidos, sendo as células classificadas geralmente de acordo com o tipo de eletrólito. Os cinco principais tipos são:1-célula a combustível de ácido fosfórico, operacional a 180 o C; 2-célula a combustível de membrana trocadora de prótons, ou célula a combustível de eletrólito de membrana polimérica, operacional na faixa de temperatura 60-80 o C; 3-célula a combustível de eletrólito alcalino, operacional a temperaturas relativamente baixas (80 o C). Tem sido usada no ônibus espacial como principal fonte de energia. Embora tenha operado confiável e eficientemente em missões espaciais por mais de 40 anos, não tem sido usada para outras finalidades, principalmente por causa do alto custo ResumoA partir da definição de células a combustível, é feita uma introdução sucinta dos tipos de células e dos materiais cerâmicos que são empregados em projeto e fabricação destes dispositivos geradores de energia elétrica. Tomando por base a ampla literatura científica disponível em publicações periódicas internacionais indexadas e arbitradas, bem como patentes, são relatados com detalhes os materiais cerâmicos com comportamento elétrico adequado para uso como eletrólitos, anodos, catodos, interconectores e selantes, que são os componentes básicos de células a combustível de óxidos sólidos. Por fim, é feita uma avaliação do estado da arte na pesquisa e desenvolvimento de materiais cerâmicos para uso em células a combustível de óxidos sólidos. Palavras-chave: célula a combustível, eletrólito sólido, anodo, catodo, interconector. Abstract Basic definitions of fuel cells and a brief introduction of different types of fuel cells

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Section: Interconectores E Selantesunclassified

Materiais cerâmicos para células a combustível

et al. 2004

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“…Sin embargo, algunos autores sugieren que temperaturas menores a 600°C no son muy recomendables debido a que se requiere una temperatura mínima de operación cerca a los 1000°C 65 . 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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“…E o is the value of the equilibrium constant for the reaction at a given temperature. E o is zero because in a dense SOFC electrolyte there is no gaseous diffusion (11,12).…”

Section: Modelingmentioning

confidence: 99%

“…E o is the value of the equilibrium constant for the reaction at a given temperature. E o is zero because in a dense SOFC electrolyte there is no gaseous diffusion (11,12).For the concentration cell, For the specific hydrogen-oxygen anode reaction, 2(H2) (a) + (O2) (c) = 2 (H2O) (a) , one has, The model for the simple hybrid system using Equation [2] was developed after the approach of Winkler (13). This is the quite typical approach.…”

mentioning

confidence: 99%

Exergetic Studies of Intermediate-Temperature, Mixed Ionic-Electronic Conducting Solid Oxide Fuel Cell Electrolytes Using the Wagner Mass Transfer Model

Williams

Yamaji²,

Horita³

et al. 2008

ECS Trans.

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The exergetic and thermal efficiency of various SOFC mixed ionicelectronic conducting (MIEC) intermediate fuel cell electrolytes at various temperatures and electrolyte thicknesses was evaluated. Electrolytes reported on here include: LSGM, YSZ, and GDC (gadolinium doped ceria oxide). Here, results for the hydrogen oxidation reaction are reported. GDC was shown to have a good exergetic efficiency, but only over a very narrow temperature region. The Wagner mass transfer model (MTM) was used to incorporate solid state oxygen ion, hole, and electron conduction effects into a thermodynamic model. The MALT2 data base was used to provide thermodynamic data over the temperatures and compositions of interest. The MTM predicted performance agreed well with the experimental performance. The predicted exergetic performance with the thermodynamic model without the incorporation of the MTM gave higher than experimentally observed results at the higher temperatures for various fuel anodic reactions. A thermodynamically consistent picture of SOFC exergetic performance from the defect chemistry and solid state electrochemistry to the phenomenological fuel cell and macroscopic thermodynamic performance was established. IntroductionThe key material for solid oxide fuel cells (SOFCs) is the electrolyte consisting of an oxide ion conductor so that many kinds of oxide ion conductors have been intensively proposed and investigated. Among them, the yttria-stabilized zirconia (YSZ) has been recognized as well-developed electrolyte for SOFCs to be operated at high temperatures around 1000 °C (1).However, there is a growing interest in recent years in reducing the operating temperature of SOFCs from requirements of utilization of alloy interconnect to improve the anti-thermal-shock performance and to lower materials and fabrication costs. When the operating temperature of the SOFC decreases, YSZ electrolytes are no longer a good candidate because the oxide ion conductivity decreases with decreasing temperature. Thus, alternative materials, which have higher oxide ion conductivity than YSZ, have attracted strong interest in recent years; some materials such as rare-earth doped cerias and LaGaO3-based perovskite have been proposed and have already been tested in practical SOFC stacks.However, some of these electrolyte materials have electronic conductivity. For use as SOFC electrolytes, not only high oxide ion conductivity, but also low electronic conductivity is desirable. Electronic conduction reduces both exergetic and thermal efficiency.Hybridization of the fuel cell with a Carnot or heat engine increases the system efficiency ( Figure 1). Hence, it is important also to consider the thermal and exergetic efficiency of the fuel cell hybrid system. It is especially important to understand the benefit of hybridization as a function of SOFC electrolyte choice and temperature.As we shall see in this paper, it is important to use a model which is sensitive to and which can quantify the effects of electronic conduction. The approach of Wachsm...

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Materiais cerâmicos para células a combustível

Materiais cerâmicos para células a combustível

Estudio comparativo de las diferentes tecnologías de celdas de combustible

Exergetic Studies of Intermediate-Temperature, Mixed Ionic-Electronic Conducting Solid Oxide Fuel Cell Electrolytes Using the Wagner Mass Transfer Model

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