固体酸化物燃料電池動力システム用クロムゲッターの開発と検証

固体酸化物燃料電池(SOFC)パワーシステムは、高温直接電気化学エネルギー変換装置であり、多種多様な化石燃料や再生可能燃料から発電する環境に優しい経路を提供します。SOFCテクノロジーは、分散型発電エリア1と同様に、一元化されたアプリケーションを見つけます。この技術は、燃料に蓄えられた化学エネルギーを電気に電気的に変換する技術に依存しています。高エネルギー効率、高品質の熱、モジュール性の容易さ、およびカーボンフットプリント2の点でSOFCによって多数の利点が提供^{されます。}いくつかの個々のSOFCセルは、所望の出力電圧を得るために直列または並列方法(すなわちSOFCスタック)で接続されています。SOFCスタックは、緻密な電解質、多孔質電極、相互接続(IC)およびシール3、4などのコンポーネントで構成されています。隣接する細胞のアノードと陰極はICを使用して接続され、これは酸化剤と燃料の混合を防止するセパレータとして機能するだけでなく、隣接する陽極と陰極5との間の電気的接続を提供する。

材料工学の研究開発の数十年にわたる改善は、SOFCの動作温度の低下につながり、セラミックス材料を安価なステンレス合金で製造することができます。電気化学的に活性な細胞およびスタックコンポーネントおよびプラントバランス(BOP)サブシステム。市販の鉄製およびオーステナイト製ステンレス鋼は、低コスト、一致した熱膨張係数(CTE)、高い動作温度での酸化および腐食に対する耐性のためにシステムコンポーネントの製造に利用されています。^6.合金表面上のCr2O3型パッシ化酸化物スケールの形成は、バルク合金7からの空気からの酸素の内側拡散または外側の拡散に対するバリア層として作用する。

加湿空気の存在下で、Cr2O3は、SOFC動作温度で水和クロム蒸気種形成につながる重要な化学的変換を受ける。気体クロム蒸気は、その後、カソード材料との表面および界面反応につながる陰極に空気流を介して運ばれる。このような陰極は、偏光および電気性能の低下のオームと非オームの両方の増加を経験する。陰極分解機構の詳細は、他の場所で8、9、10に例示されている。

上記の陰極分解プロセスを低減または排除する最先端の方法は、一般的に合金化学の改変、表面コーティングの適用およびクロム耐性陰極11、12の使用からなる。これらの技術は、短期的にCr蒸気相互作用(すなわちCr中毒)による陰極分解の減少を実証しているが、性能安定性に対する長期的な有効性は、主に内のひび割れおよびスファレーションに起因する懸念のままである。カチオンのコーティングと注入。

我々は、カソード^材料13と反応する前に入ってくるクロム蒸気を捕捉することによってクロム中毒の問題を緩和する新しい方法を実証した。ゲッターは、従来のセラミック加工技術を用いて、低コストのアルカリ性土と遷移金属酸化物から合成されています。このアプローチのコスト優位性は、非高貴および非戦略的な材料の使用だけでなく、空気中の汚染物質から生じる陰極劣化の軽減のためのゲッターを製造するための従来の処理方法を使用することです。ゲッターの配置は、BOP成分から生じるクロム蒸気を捕捉するように調整することも、電気化学的に活性なスタックコンポーネント14、15内に配置するように調整することもできる。ここでは、蒸散と電気化学試験を用いてクロムゲッターを検証する方法を紹介する。実験的なセットアップと特性分類の結果は、典型的なSOFC動作条件下でゲッター上のゲッターの有効性とCrキャプチャのメカニズムを示すためにも実証されます。