Novel production technique for electrolyte assembly leading to high power density SOFC

Abstract

LSGM kullanılan KOYP hücreleri kullanım sırasında, özellikle nikel içeren anot kullanıldığında performans düşüşü göstermektedir. Bu çalışmada, LSGM tabanlı KOYP sisteminin performans azalmasının bir sebebi incelenmiştir. XRD ve EDX ölçümleri, üretim şartlarına bağlı olarak yalıtkan LaNiO3 tabakasının oluşmasının beklendiğini göstermiştir. Bu iyon yalıtkanı faz anot ile LSGM arasında bir tabaka oluşturup oksijen iyonlarının elektrolit üzerinden geçişini engelleyebilir. Nikel içeren anotlu KOYP için LaNiO3 fazının oluşmasını engelleme ihtimali olan yollar sergilenmiş ve lanthanum katkılı seriya (LDC) koruyucu tabaka olarak kullanılmıştır. Arayüzey reaksiyonları bakımından samarium katkılı seriya'nın (SDC) koruyucu tabaka halinde dezavantajları gösterilmiştir. Bunlara ek olarak, KOYP sistemi için koruyucu tabaka-elektrolit çiftini ince (birkaç mikrometre) ve yoğun olarak kaplayabilen, ucuz ve kolay bir teknikgeliştirilmiş ve sergilenmiştir.

LSGM based SOFC cells suffer from performance degradation during operation, especially when they are used with Ni-containing anodes. In this study, one of the causes for performance degradation in an LSGM-based SOFC system was investigated. XRD and EDX measurements revealed that formation of an insulating LaNiO3 layer is highly possible in such cells depending on the processing conditions. This ionic insulator phase may form a layer on the anode side of the LSGM and block oxygen ion travel through electrolyte. Possible solutions to hinder the formation of LaNiO3 phase are demonstrated in an SOFC assembly when Ni-containing anode, and lanthanum doped ceria (LDC) was used as the protective layer. In terms of interface reactions, disadvantage of samarium doped ceria (SDC) protective layer is demonstrated. Moreover, a cheap and easy production method for SOFC assembly is demonstrated with thin (a couple micrometers) and dense protective layer - electrolyte coating onto the anode.