Побудова твердооксидної структури на композитному катоді для СТ-ТОПЕ

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239162

Ключові слова:

твердооксидні паливні елементи, безкобальтовий катодний композит, структура перовськіту, вміст кисню, провідність

Анотація

Твердооксидну структуру безкобальтового композиту було використано в якості нового катодного матеріалу для СТ-ТОПЕ. Модельна система композиту була синтезована з використанням металевого оксидного матеріалу, отриманого методом твердотільної реакції. Формування модельної системи Sm0.5Sr0.25Ba0.25FeO3-δ (SSBF) здійснювали в процесі спікання. Втрату ваги і вміст кисню досліджували методом термогравіметричного аналізу (ТГ). При цьому, за допомогою рентгеноструктурного аналізу характеризували структуру композиту, властивості провідності випробовували за допомогою теплопровідності. Результати показали, що структура композиту SSBF демонструє однофазність перовськіту, що призводить до побудови структури. Розпад і випаровування складових елементів композиту відповідали втратам ваги в процесі побудови структури. Після прожарювання вміст кисню в модельній системі склав 2,98. Значення електропровідності досягло 2 См см-1 при 400 °C і збільшується до максимуму 7,5 См см-1 при 710 °C. Металевий елемент грав роль провідника при низькій температурі, в той час як іонна структура діяла як підвищена температура. Таким чином, для створення провідних властивостей були комплексно використані змішані іонні та електричні провідники (ЗІЕП). Виходячи з результатів структури та провідності, композит SSBF має хороші шанси в якості альтернативного катодного матеріалу з однофазним перовськітом для майбутніх застосувань СТ-ТОПЕ.

Біографії авторів

Dianta Mustofa Kamal, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Energy Conversion, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Iwan Susanto, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Materials Science and Engineering, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Rahmat Subarkah, Politeknik Negeri Jakarta

Master of Thermo Fluids Engineering, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Fuad Zainuri, Politeknik Negeri Jakarta

Doctoral Candidate of Mechanical Engineering, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Belyamin, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Energy Conversion, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Tia Rahmiati, Politeknik Negeri Jakarta

Master of Engineering in Metallurgy and Materials, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Sulaksana Permana, Universitas Indonesia

Doctor of Engineering in Metallurgy and Materials, Assistance Professor

Centre of Mineral Processing and Corrosion Research

Department of Metallurgy and Materials

Adi Subardi, Institut Teknologi Nasional Yogyakarta

Doctor of Materials Science and Engineering, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Yen-Pei Fu, National Dong Hwa University

Doctor of Materials, Professor

Department of Materials Science and Engineering

Посилання

  1. Tan, L., Dong, X., Gong, Z., Wang, M. (2018). Analysis on energy ef fi ciency and CO2 emission reduction of an SOFC- based energy system served public buildings with large interior zones. Energy, 165, 1106–1118. doi: http://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.054
  2. Naimaster, E. J., Sleiti, A. K. (2013). Potential of SOFC CHP systems for energy-efficient commercial buildings. Energy and Buildings, 61, 153–160. doi: http://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.09.045
  3. Bompard, E., Napoli, R., Wan, B., Orsello, G. (2008). Economics evaluation of a 5kW SOFC power system for residential use. International Journal of Hydrogen Energy, 33 (12), 3243–3247. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.04.017
  4. Fernandes, A., Woudstra, T., van Wijk, A., Verhoef, L., Aravind, P. V. (2016). Fuel cell electric vehicle as a power plant and SOFC as a natural gas reformer: An exergy analysis of different system designs. Applied Energy, 173, 13–28. doi: http://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.03.107
  5. Ramadhani, F., Hussain, M. A., Mokhlis, H., Hajimolana, S. (2017). Optimization strategies for Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) application: A literature survey. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 460–484. doi: http://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.052
  6. Jiang, S., Sunarso, J., Zhou, W., Shen, J., Ran, R., Shao, Z. (2015). Cobalt-free SrNbxFe1-xO3-δ (x = 0.05, 0.1 and 0.2) perovskite cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources, 298, 209–216. doi: http://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.08.063
  7. Li, C.-H., Hu, S.-H., Tay, K.-W., Fu, Y.-P. (2012). Electrochemical characterization of gradient Sm0.5Sr0.5CoO3-δ cathodes on Ce0.8Sm0.2O1.9 electrolytes for solid oxide fuel cells. Ceramics International, 38 (2), 1557–1562. doi: http://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.09.041
  8. Wang, S., Feng, Y., Wang, D. (2014). Electrochemical comparison of cobalt-free La0.5Sr0.5Fe0.9Mo0.1O3-δ based cathode materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. Ceramics International, 40 (4), 6359–6363. doi: http://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.10.133
  9. Subardi, A., Chen, C.-C., Cheng, M.-H., Chang, W.-K., Fu, Y.-P. (2016). Electrical, thermal and electrochemical properties of SmBa1-xSrxCo2O5+δ cathode materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. Electrochimica Acta, 204, 118–127. doi: http://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.04.069
  10. Baharuddin, N. A., Muchtar, A., Somalu, M. R. (2017). Short review on cobalt-free cathodes for solid oxide fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (14), 9149–9155. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.04.097
  11. Ling, Y., Zhao, L., Lin, B., Dong, Y., Zhang, X., Meng, G., Liu, X. (2010). Investigation of cobalt-free cathode material Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3-δ for intermediate temperature solid oxide fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy, 35 (13), 6905–6910. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.04.021
  12. Liu, H., Zhu, K., Liu, Y., Li, W., Cai, L., Zhu, X. et. al. (2018). Structure and electrochemical properties of cobalt-free perovskite cathode materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. Electrochimica Acta, 279, 224–230. doi: http://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.05.086
  13. Zhao, L., He, B., Zhang, X., Peng, R., Meng, G., Liu, X. (2010). Electrochemical performance of novel cobalt-free oxide Ba0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3-δ for solid oxide fuel cell cathode. Journal of Power Sources, 195 (7), 1859–1861. doi: http://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.09.078
  14. Pang, S., Wang, W., Chen, T., Shen, X., Wang, Y., Xu, K., Xi, X. (2016). Systematic evaluation of cobalt-free Ln0.5Sr0.5Fe0.8Cu0.2O3−δ (Ln = La, Pr, and Nd) as cathode materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources, 326, 176–181. doi: http://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.06.134
  15. Ding, X., Gao, X., Zhu, W., Wang, J., Jiang, J. (2014). Electrode redox properties of Ba1-xLaxFeO3-δ as cobalt free cathode materials for intermediate- temperature SOFCs. International Journal of Hydrogen Energy, 39 (23), 12092–12100. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.06.009
  16. Meng, X., Lü, S., Yu, W. W., Ji, Y., Sui, Y., Wei, M. (2018). Layered perovskite LnBa0.5Sr0.5Cu2O5+ δ (Ln = Pr and Nd) as cobalt-free cathode materials for solid oxide fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 43 (9), 4458–4470. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.01.033
  17. Ling, Y., Zhang, X., Wang, Z., Wang, S., Zhao, L., Liu, X., Lin, B. (2013). Potentiality of cobalt-free perovskite Ba0.5Sr 0.5Fe0.9Mo0.1O3-δ as a single-phase cathode for intermediate-to-low-temperature solid oxide fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 38 (33), 14323–14328. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.08.089
  18. Chen, D., Chen, C., Dong, F., Shao, Z., Ciucci, F. (2014). Cobalt-free polycrystalline Ba0.95La0.05FeO3-δ thin films as cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources, 250, 188–195. doi: http://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.11.010
  19. Fu, Y. P. (2010). Sm0.5Sr0.5Co0.4Ni0.6O3-δ-Sm0.2Ce0.8O1.9 as a potential cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 35 (16), 8663–8669. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.05.109
  20. Ding, X., Kong, X., Wu, H., Zhu, Y., Tang, J., and Zhong, Y. (2012). SmBa0.5Sr0.5Cu2O5+δ and SmBa0.5Sr0.5CuFeO5+δ layered perovskite oxides as cathodes for IT-SOFCs. International Journal of Hydrogen Energy, 37 (3), 2546–2551. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.10.080
  21. Subardi, A., Chen, C. C., Cheng, M. H., Chang, W. K., Fu, Y. P. (2016). Electrical, thermal and electrochemical properties of SmBa1-xSrxCo2O5+δ cathode materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells. Electrochimica Acta, 204, 118–127. doi: http://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.04.069
  22. Subardi, A., Liao, K. Y, Fu, Y. P. (2019). Oxygen transport, thermal and electrochemical properties of NdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ cathode for SOFCs, J. Eur. Ceram. Soc., 39(1), 30–40. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.01.022
  23. Subardi, A., Susanto, I., Kartikasari, R., Tugino, T., Kuntara, H., Wijaya, A. E. et. al. (2021). An analysis of SmBa0.5Sr0.5CO2O5+δ double perovskite oxide for intermediate–temperature solid oxide fuel cells,” Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (110)), 6–14. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.226342
  24. Susanto, I., Kamal, D. M., Ruswanto, S., Subarkah, R., Zainuri, F., Permana, S. et. al. (2020). Development of cobalt-free oxide (Sm0.5Sr0.5Fe0.8Cr0.2O3-δ) cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (108)), 15–20. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217282

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Kamal, D. M., Susanto, I., Subarkah, R., Zainuri, F. ., Belyamin, Rahmiati, T., Permana, S., Subardi, A., & Fu, Y.-P. . (2021). Побудова твердооксидної структури на композитному катоді для СТ-ТОПЕ. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5(112), 6–11. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239162

Номер

Том 4 № 5(112) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Dianta Mustofa Kamal, Iwan Susanto, Rahmat Subarkah, Fuad Zainuri, Belyamin, Tia Rahmiati, Sulaksana Permana, Adi Subardi, Ye-Pei Fu

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.