Розробка оксидних композиційних матеріалів для катодного елементу IT-SOFCs

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.269852

Ключові слова:

твердооксидні паливні елементи, безкобальтовий катодний композит, структура перовскіту, вміст кисню, електронна провідність

Анотація

Як новий катодний матеріал було проведено дослідження властивостей композитного оксиду для твердооксидних паливних елементів проміжної температури (ТПЕПТ). Використовуючи метод твердотільної реакції, матеріал оксиду металу був використаний для створення композитної модельної системи. У процесі спікання було побудовано модельну систему Sm0.5Sr0.35Ba0.15FeO3-δ (SSBF15). Проведено термогравіметричний аналіз (ТГА) для використання вмісту кисню та втрати ваги моделі. Тим часом, структура композиту була охарактеризована за допомогою рентгенівської дифракції (РД), а властивості провідності були перевірені за допомогою теплопровідності. Структурний дизайн став можливим завдяки рішенням, які показали, що складова модельна структура має кристалічну структуру із фазою перовскіту. Втрати ваги при зведенні конструкції відбилися на розкладанні та випаровуванні складових частин композиту. Після процесу прожарювання до 950 °С вміст пластового кисню у модельній системі було отримано 2,94 при 800 °С. Максимум електропровідності отримано при 12,2 С см-1 при 430 °С. За низьких температур на провідну поведінку впливав металевий елемент, а при вищих температурах на нього впливала іонна структура. В результаті змішані іонні та електричні провідники (ЗІЕП) широко використовувалися в процесі створення властивостей, що проводять. Композит SSBF15 має хороші шанси на використання як альтернативний катодний матеріал з однофазним перовскітом для майбутніх застосувань ТПЕПТ на основі результатів дослідження структури та провідності. Додаткові випробування та спостереження необхідні для визначення значення опору при включенні в електроліт і його властивостей теплового розширення

Спонсор дослідження

  • The author would like to acknowledge the funding support to this research from the Center of research and community service Politeknik Negeri Jakarta.

Біографії авторів

Iwan Susanto, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Materials Science and Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Dianta Mustofa Kamal, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Energy Conversion, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Tia Rahmiati, Politeknik Negeri Jakarta

Master of Engineering in Metallurgy and Materials, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Vika Rizkia, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Engineering in Metallurgy and Materials, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Fuad Zainuri, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Belyamin Belyamin, Politeknik Negeri Jakarta

Doctor of Energy Conversion, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Sulaksana Permana, Universitas Indonesia

Doctor of Engineering in Metallurgy and Materials, Associate 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, Associate 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 efficiency and CO2 emission reduction of an SOFC-based energy system served public buildings with large interior zones. Energy, 165, 1106–1118. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.054
  2. 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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.04.017
  3. Naimaster, E. J., Sleiti, A. K. (2013). Potential of SOFC CHP systems for energy-efficient commercial buildings. Energy and Buildings, 61, 153–160. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.09.045
  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: https://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: https://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: https://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: https://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: https://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: https://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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.04.097
  11. Mastin, J., Einarsrud, M.-A., Grande, T. (2006). Structural and Thermal Properties of La1-xSrxCoO3-δ. Chemistry of Materials, 18 (25), 6047–6053. doi: https://doi.org/10.1021/cm061539k
  12. Ji, H.-I., Hwang, J., Yoon, K. J., Son, J.-W., Kim, B.-K., Lee, H.-W., Lee, J.-H. (2013). Enhanced oxygen diffusion in epitaxial lanthanum–strontium–cobaltite thin film cathodes for micro solid oxidefuel cells. Energy Environ. Sci., 6 (1), 116–120. doi: https://doi.org/10.1039/c2ee21647g
  13. Shao, Z., Haile, S. M. (2004). A high-performance cathode for the next generation of solid-oxide fuel cells. Nature, 431 (7005), 170–173. doi: https://doi.org/10.1038/nature02863
  14. Yang, W., Hong, T., Li, S., Ma, Z., Sun, C., Xia, C., Chen, L. (2013). Perovskite Sr1–xCexCoO3−δ (0.05 ≤ x ≤ 0.15) as Superior Cathodes for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells. ACS Applied Materials & Interfaces, 5 (3), 1143–1148. doi: https://doi.org/10.1021/am3029238
  15. Wei, B., Lü, Z., Huang, X., Liu, M., Li, N., Su, W. (2008). Synthesis, electrical and electrochemical properties of Ba0.5Sr0.5Zn0.2Fe0.8O3−δ perovskite oxide for IT-SOFC cathode. Journal of Power Sources, 176 (1), 1–8. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.09.120
  16. 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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.04.021
  17. 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: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.05.086
  18. 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: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.09.078
  19. 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: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.06.134
  20. 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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.06.009
  21. 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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.01.033
  22. Ling, Y., Zhang, X., Wang, Z., Wang, S., Zhao, L., Liu, X., Lin, B. (2013). Potentiality of cobalt-free perovskite Ba0.5Sr0.5Fe0.9Mo0.1O3−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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.08.089
  23. 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: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.11.010
  24. 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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.05.109
  25. Ding, X., Kong, X., Wu, H., Zhu, Y., Tang, J., 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: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.10.080
  26. Kamal, D. M., Susanto, I., Subarkah, R., Zainuri, F., Zainuri, B., Rahmiati, T. et al. (2021). Design of solid oxide structure on the composite cathode for IT-SOFC. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (112)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239162
  27. Subardi, A., Liao, K.-Y., Fu, Y.-P. (2019). Oxygen transport, thermal and electrochemical properties of NdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ cathode for SOFCs. Journal of the European Ceramic Society, 39 (1), 30–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.01.022
  28. 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.226342
  29. 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: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217282
Розробка оксидних композиційних матеріалів для катодного елементу IT-SOFCs

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-30

Як цитувати

Susanto, I., Kamal, D. M., Rahmiati, T., Rizkia, V., Zainuri, F., Belyamin, B., Permana, S., Subardi, A., & Fu, Y.-P. (2022). Розробка оксидних композиційних матеріалів для катодного елементу IT-SOFCs . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (120), 40–45. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.269852

Номер

Том 6 № 12 (120) (2022): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Iwan Susanto, Dianta Mustofa Kamal, Tia Rahmiati, Vika Rizkia, Fuad Zainuri, Belyamin Belyamin, 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.