LaNi0.6Fe0.4O3 음극 접점 재료: 전기 전도 특성 조작 및 SOFC 전기화학적 성능에 미치는 영향

ZHANG Kun, WANG Yu, ZHU Tenglong, SUN Kaihua, HAN Minfang, ZHONG Qin. LaNi0.6Fe0.4O3 음극 접점 재료: 전기 전도 특성 조작 및 SOFC 전기화학적 성능에 미치는 영향[J]. 무기 재료 저널, DOI: 10.15541/jim20230353 .

음극 및 인터커넥터 접점 인터페이스의 개략도

편평한 SOFC(고체산화물 연료전지) 스택의 조립 과정에서 세라믹 음극과 금속 커넥터 사이의 직접적인 접촉이 좋지 않고 응력이 높습니다. 큰 인터페이스 접촉 저항을 생성하기 쉽고 이는 결국 스택의 성능과 안정성에 영향을 미칩니다. 일반적으로 음극 접촉층은 음극과 커넥터 사이에 추가되어 인터페이스 접촉을 향상시킵니다. LaNi0.6Fe0.4O3(LNF)는 전기 전도도가 높고 열팽창 계수가 음극 및 커넥터 재료와 일치하는 장점이 있습니다. 평판형 SOFC에 널리 사용되는 접촉층 소재입니다. 그러나 스택의 장기간 작동 중에 LNF는 입자 조대화 및 표면 저항의 심각한 변화와 같은 현상을 나타내어 접촉 인터페이스가 손상되어 스택 성능에 영향을 미칩니다. 난징 과학 기술 대학의 Zhu Tenglong 연구 그룹은 건식 압축 과립화와 고온 소결이라는 두 가지 방법을 사용하여 큰 입자의 LNF 재료를 제조하고 전류 부하 하에서 표면 저항의 변화와 SOFC의 전기화학적 성능에 미치는 영향을 연구했습니다. 단일 세포.

750℃ 및 1A/cm2에서 시간에 따른 LNF의 ASR 변화, ASR 테스트 전후의 LNF의 SEM 이미지(a) 초기; (b) 사후검사

연구에 따르면. 건식압착 과립화 및 고온소결을 거친 LNF-2, LNF-3는 처리되지 않은 LNF-1에 비해 초기 표면저항이 낮다. 작은 입자 크기 LNF의 입자 크기는 전류 부하 하에서 크게 증가합니다. 건식 프레싱으로 과립화된 LNF-2는 입자 크기가 크지만 소결 활성이 더 우수하므로 전류 부하 하에서 소결 현상이 더 뚜렷이 나타나 면저항이 감소합니다. 고온 소결 전처리를 거친 LNF-3는 기본적으로 소결 활성을 상실하고, 전류의 작용에 따라 입자 크기의 변화가 거의 없어 표면 저항이 안정적으로 유지됩니다. 또한 입자 크기가 더 큰 LNF-2 및 LNF-3 단일 셀의 저항 임피던스는 LNF-1의 저항 임피던스보다 작으며 이는 접촉 구성 요소 면적 저항이 낮고 음극 인터페이스 접촉이 우수하기 때문입니다. 동시에, LNF-2 및 LNF-3 단일 셀 모두 더 작은 분극 저항을 나타냈으며, 이는 LNF 입자 크기를 증가시키면 음극 측 공기 중 산소의 투과 및 확산을 향상시킬 수 있음을 나타냅니다. 다중 열주기 실험에서 LNF-2 단일 셀은 우수한 초기 전기화학적 성능을 보였지만, 그 자체로 인해 여전히 좋은 소결 활성을 유지했습니다. 고온에서 장기간 작동하고 여러 전기화학적 성능 테스트를 수행하는 동안 입자가 더 거칠어져 기공 손상과 인터페이스 벗겨짐을 유발하여 단일 셀 성능이 크게 저하될 수 있습니다. 이에 반해, 고온 소결 전처리를 거친 LNF-3 소재는 소결 활성이 좋지 않아 고온 열 사이클 동안 우수한 구조적 안정성을 유지할 수 있습니다.

2.1×104 및 3×103 Pa의 산소 분압 하에서 단일 셀의 EIS 스펙트럼(a) 및 DRT 피팅 플롯(b) 및 해당 오믹 저항(c) 및 분극 저항(d)

이 기사의 주요 내용:

1. 처리되지 않은 LNF-1 소재와 비교하여 입자 제어 LNF-2 및 LNF-3는 시트 저항을 줄일 수 있습니다. 접점 부품의 표면 저항은 전류 부하 하에서 빠르게 정상 상태에 도달할 수 있으며, 장기 전류 부하 조건에서도 구조가 안정적으로 유지될 수 있습니다.

2. 큰 입자 크기의 LNF 접점 재료는 음극 인터페이스 접촉을 최적화하고 음극 측에서 산소 확산 및 수송을 촉진하며 단일 셀 출력 성능을 향상시킬 수 있습니다.

3. 건식 압축 과립화된 LNF 재료는 여전히 특정 소결 활성을 유지하여 열 사이클 안정성이 떨어집니다. 고온 소결 전처리는 열 순환 및 방전 공정 중에 LNF 양극 접점 재료의 구조적 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

열 사이클링 후 단일 셀의 음극 접촉 인터페이스에 대한 개략도 및 SEM 이미지

논평:

1. 이 기사에서 저자는 LNF 재료의 입자 크기로 인한 음극 접점 어셈블리의 표면 저항의 변화와 이것이 SOFC 단일 셀의 전기화학적 성능 및 안정성에 미치는 영향을 연구합니다. 고온 소결을 통해 입자 크기를 증가시키면 양극 접점 어셈블리의 면저항이 감소하는 것으로 나타났습니다. 접촉 부품의 표면 저항은 전류 부하 하에서 빠르게 정상 상태에 도달할 수 있으며, 장기 전류 부하 조건에서도 구조가 안정적으로 유지될 수 있어 SOFC 성능 향상을 위한 좋은 참고 자료가 됩니다.

2. 본 연구는 고체산화물 연료전지 스택을 위한 저저항 및 고전도도 접점재료의 실제 수요에 초점을 맞추고 있다. LaNi0.6Fe0.4O3 입자 크기 제어가 전도도 및 SOFC 단일 셀 성능에 미치는 영향 메커니즘을 연구하고, 다양한 수단을 사용하여 LNF 과립화 시 공기 산소 함량 및 열 사이클과 같은 운전 조건이 단일 셀 성능에 미치는 영향을 분석했습니다. 상세히. 논문의 개념은 상대적으로 새롭고 사고가 명확하며 나열된 데이터는 해당 문제를 잘 뒷받침할 수 있으며 실제 적용 가치가 있습니다. 기사는 명확한 구조, 합리적인 논리, 표준화된 글쓰기를 갖추고 있습니다.