Solid oxide electrolyte fuel cell review

Badwal, S. P. S.; Föger, K.

doi:10.1016/0272-8842(95)00101-8

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“…However, the evidence for such effects in practical applications of ionic conductors is difficult to separate and remains more phenomenological. Of particular interest to the present work is the cubic yttria-stabilized zirconia (YSZ) system, one of the most studied solid oxide ionic conductors, in part because of the interest for large-scale practical applications as electrolytes in solid oxide fuel cells (SOFCs) [10][11][12]. There have been several studies on the effect of nanocrystallinity on the ionic conductivity of YSZ; however, experimental results are contradictory, with e.g.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effects of dopant concentration and impurities on the conductivity of magnetron-sputtered nanocrystalline yttria-stabilized zirconia

Sillassen¹,

Eklund²,

Pryds³

et al. 2010

Solid State Ionics

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Cubic yttria-stabilized zirconia (YSZ) films with yttria concentrations of 8.7, 9.9, and 11 mol% have been deposited by reactive pulsed DC magnetron from Zr-Y alloy targets. The overall microstructure and texture in the films showed no dependence on the yttria -concentration. Films deposited at floating potential had a <111> texture. Single -line profile analysis of the 111 X-ray diffraction peak yielded a grain size of ~18 nm and a microstrain of ~2%, regardless of deposition temperature. Films deposited at 400 ºC and selected bias voltages in the range from -70 V to -200 V showed a reduced grain size for higher bias voltages, yielding a grain size of ~ 7 nm and a microstrain of ~2.5% at a bias voltage of -200 V with additional incorporation of argon.Furthermore, the effect of impurities on the ionic conductivity has been investigated, since Hf impurities were found in the samples with yttria concentrations of 8.7, and 9.9 mol%. Temperaturedependent impedance spectroscopy of the YSZ films, deposited at 400 ºC and floating potential, showed no variation of the in-plane ionic conductivity with yttria concentration. However, for films 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 2 deposited at 400 ºC and a bias -70 V, the in-plane ionic conductivity decreased systematically for samples with yttria concentrations of 8.7 and 9.9 mol% compared to the sample with 11 mol% yttria. This suggests that ionic conduction is not a purely bulk mechanism, but mainly related to the grain boundaries. The activation energy for oxygen ion migration was determined to be between 1.25 and 1.32 eV. Manuscript Click here to view linked References

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effects of dopant concentration and impurities on the conductivity of magnetron-sputtered nanocrystalline yttria-stabilized zirconia

Sillassen¹,

Eklund²,

Pryds³

et al. 2010

Solid State Ionics

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“…• C. [4][5][6][7] In recent years, progress in anode-supported planar design technology with thin electrolytes led to the reduction of operating temperatures below 800…”

mentioning

confidence: 99%

Highly Dense Mn-Co Spinel Coating for Protection of Metallic Interconnect of Solid Oxide Fuel Cells

Lee

Hong

Kim

et al. 2014

J. Electrochem. Soc.

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The major degradation issues of solid oxide fuel cells (SOFC) are associated with the oxide scale growth and Cr evaporation of the metallic interconnect. To address these challenges, a highly dense spinel oxide coating was fabricated on a ferritic stainless steel interconnect using a cost-competitive ceramic processing route. The nano-scale Mn 1.5 Co 1.5 O 4 spinel powder was synthesized using a glycine-nitrate method, and the particle agglomerates were effectively disintegrated by a high-energy attrition milling process. The spinel protective coating, which was applied by screen printing, was sintered to a nearly full density, without causing damage to the metallic substrate, by a high-temperature annealing process in a reducing environment, followed by re-oxidation at a moderate temperature. The dense spinel coating remarkably reduced the growth rate of chromia scale and restrained the evaporation of chromium species, as verified by area specific resistance (ASR) measurements and analysis on chromium distribution over the cross-section. Strong adhesion between the coating and substrate was confirmed after 500-hour operation. The sintering mechanism involved in reduction-oxidation heat-treatment was studied based on dilatometry measurements and microstructural features. The implication of the ASR change and the chromium migration for stability of practical SOFC stacks was discussed in detail.

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“…Na Tabela 3, são apresentadas as principais famílias de eletrólitos cerâmicos utilizados nesses dispositivos. Cabe ressaltar que estudos recentes têm procurado desenvolver novos materiais condutores iônicos cerâmicos que possam ser utilizados em temperaturas mais baixas, sem que se observe um aumento muito grande em sua resistência elétrica, o que, no caso das pilhas a combustível, permitiria um barateamento do produto final 8,[24][25][26][27][28][29][30][31][32] .…”

Section: Eletrólitounclassified

“…A zircônia estabilizada, especialmente a estabilizada com ítria, é o eletrólito mais utilizado em SOFC, pois possui um adequado nível de condutividade iônica, devido aos íons óxido, e exibe estabilidade em ambas atmosferas, oxidante e redutora, além de apresentar excelentes propriedades mecânicas [24][25][26][27] .…”

Section: Eletrólitounclassified

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Pilhas a combustível de óxido sólido: materiais, componentes e configurações

Amado¹,

Malta²,

Garrido³

et al. 2007

Quím. Nova

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Recebido em 19/7/05; aceito em 22/2/06; publicado na web em 30/8/06 SOLID OXIDE FUEL CELLS: MATERIALS, COMPONENTS AND CONFIGURATIONS. In this paper the current status of fuel cells is described with particular emphasis on high (T > 800 o C) and intermediate (T < 800 o C) temperature solid oxide fuel cells. Also the importance of the fuel cell technology is shown. Reviewed are the fundamental features, the basic principles, types of fuel cell, fabrication methods, cell configurations and the development of components (cathodes, anodes, electrolytes, interconnect) and materials.Keywords: fuel cells; energy; SOFC. INTRODUÇÃOO mundo tem-se voltado, nos últimos anos, para a discussão dos problemas econômicos e ambientais decorrentes da crescente dependência dos combustíveis fósseis como fonte primária para geração de energia. Grande atenção tem sido dada ao problema do aquecimento global, ocasionado, principalmente, pela emissão de gases decorrentes da queima desses combustíveis. Este fato tem provocado um grande interesse em pesquisas voltadas a formas alternativas de produção de energia elétrica, com especial atenção para aquelas provenientes de fontes renováveis. Destas novas tecnologias alternativas podem ser citadas: micro-hidráulicas, microturbinas, uso de biomassa, energia eólica, células fotovoltaicas, sistemas geotérmicos e pilhas a combustível. Dentre estas, as pilhas a combustível destacam-se como uma tecnologia bastante promissora [1][2][3][4] .Pilha a combustível é um dispositivo eletroquímico, que realiza a conversão de energia gerada por uma reação eletroquímica em energia elétrica, sendo um método altamente eficiente de geração de eletricidade e, em alguns casos, de calor. Os combustíveis mais utilizados são hidrogênio e substâncias que através de reforma gerem hidrogênio, como gás natural, hidrocarbonetos, metanol e biogás.A partir de 1970 vários tipos de pilhas foram montados, inclusive com algumas empresas já testando como combustível o gás natural. Mas foi na década de 80 que ocorreu um avanço mais intenso desta tecnologia, tornando possível a utilização, ainda em condições experimentais, de pilhas a combustível em veículos particulares e de transporte coletivo, assim como na geração de energia elétrica em larga escala. Atualmente, seu emprego pode ser visto em diversas finalidades, por ex., em automóveis e ônibus, montados nos Estados Unidos, na Alemanha, no Canadá e Japão, onde são utilizadas pilhas a combustível com capacidade de geração de cerca de 85 kW de potência, ou em módulos estacionários montados em Nova York e Tóquio no final da década passada, com geração de 4,8 MW de potência [1][2][3][4] .Desde a criação da primeira pilha a combustível até os dias atuais, o avanço desta tecnologia permitiu o desenvolvimento de vários tipos de dispositivos para gerar energia de forma mais limpa, ou seja, minimizando os impactos ambientais [1][2][3][4][5][6] .Pilhas a combustível podem ajudar a diminuir a dependência em combustíveis fósseis e diminuir a emissão de gases do efeito estufa na atmosfera, ...

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Solid oxide electrolyte fuel cell review

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Effects of dopant concentration and impurities on the conductivity of magnetron-sputtered nanocrystalline yttria-stabilized zirconia

Effects of dopant concentration and impurities on the conductivity of magnetron-sputtered nanocrystalline yttria-stabilized zirconia

Highly Dense Mn-Co Spinel Coating for Protection of Metallic Interconnect of Solid Oxide Fuel Cells

Pilhas a combustível de óxido sólido: materiais, componentes e configurações

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