LaNi0.6Fe0.4O3 カソード接点材料: 電気伝導特性の操作と SOFC の電気化学的性能への影響

張坤、王裕、朱騰龍、孫開華、韓民芳、鍾秦。LaNi0.6Fe0.4O3 カソード接点材料: 電気伝導特性の操作と SOFC の電気化学的性能に対するその影響[J]。無機材料ジャーナル、DOI: 10.15541/jim20230353。

カソードとインターコネクタの接触面の概略図

平型固体酸化物燃料電池 (SOFC) スタックの組み立てプロセス中、セラミックカソードと金属コネクタ間の直接接触は不十分であり、応力が高くなります。界面の接触抵抗が大きくなりやすいため、スタックのパフォーマンスと安定性に影響を及ぼします。通常、界面接触を改善するために、カソードとコネクタの間にカソード接触層が追加されます。LaNi0.6Fe0.4O3 (LNF) は、高い導電率と、カソードおよびコネクタ材料との熱膨張係数の一致という利点があります。平板型SOFCで広く使用されているコンタクト層材料です。しかし、スタックの長期稼働中に、LNF には粒子の粗大化や表面抵抗の大幅な変化などの現象が発生し、接触界面の損傷につながり、スタックの性能に影響を及ぼします。南京科技大学のZhu Tenglong氏の研究グループは、乾式プレス造粒と高温焼結という2つの方法を使用して大粒子LNF材料を調製し、電流負荷下での表面抵抗の変化とSOFCの電気化学的性能への影響を研究した。単細胞。

750 ℃、1A/cm2 での時間に対する LNF の ASR 変化、ASR 試験前後の LNF の SEM 画像（a）初期。(b) 事後テスト

研究が示しています。乾式プレス造粒、高温焼結を施したLNF-2、LNF-3は、未処理のLNF-1に比べて初期の表面抵抗が低くなります。小さな粒子サイズの LNF の粒子サイズは、電流負荷下で大幅に増加します。乾式プレスで造粒したLNF-2は粒子径が大きくなりますが、焼結活性が良好に保持されるため、電流負荷下でもより明らかな焼結現象を示し、シート抵抗が低下します。高温焼結前処理を施したLNF-3は基本的に焼結活性を失っており、通電による粒子径の変化が少ないため、表面抵抗が安定しています。さらに、粒径が大きい LNF-2 および LNF-3 単電池のオーミック インピーダンスは LNF-1 よりも小さく、これは接触コンポーネントの面積抵抗が低く、カソード界面の接触が良好であることに関係しています。同時に、LNF-2 と LNF-3 の両方の単一セルはより小さい分極抵抗を示し、LNF 粒子サイズを大きくするとカソード側の空気中の酸素の透過と拡散が改善できることが示されました。複数の熱サイクル実験において、LNF-2 単一セルは優れた初期電気化学的性能を示しましたが、それ自体の特性により良好な焼結活性を依然として保持していました。高温での長期間の動作や複数の電気化学的性能テスト中に、その粒子は粗大化する可能性が高く、細孔の損傷や界面の剥離を引き起こし、単セルの性能の大幅な低下につながります。対照的に、高温焼結前処理を受けた LNF-3 材料は焼結活性が低く、高温熱サイクル中に良好な構造安定性を維持できます。

酸素分圧 2.1×104 および 3×103 Pa における単セルの EIS スペクトル (a) および DRT フィッティング プロット (b)、およびそれらに対応するオーミック抵抗 (c) および分極抵抗 (d)

この記事のハイライト:

1. 未処理の LNF-1 材料と比較して、粒子制御された LNF-2 および LNF-3 はシート抵抗を低減できます。接触コンポーネントの表面抵抗は、電流負荷下ですぐに定常状態に達し、長期の電流負荷条件下でも構造を安定に維持できます。

2. 大きな粒径の LNF 接触材料は、カソード界面接触を最適化し、カソード側での酸素の拡散と輸送を促進し、単セルの出力性能を向上させることができます。

3. 乾式プレスされた粒状 LNF 材料は依然として一定の焼結活性を保持しているため、熱サイクル安定性が低下します。高温焼結前処理により、熱サイクルおよび放電プロセス中の LNF カソード接点材料の構造安定性が大幅に向上します。

熱サイクル後の単セルのカソード接触界面の概略図と SEM 画像

コメント：

1. この記事では、著者は、LNF 材料の粒子サイズによるカソード接点アセンブリの表面抵抗の変化と、SOFC 単セルの電気化学的性能と安定性への影響を研究します。高温焼結によって粒子サイズを大きくすると、カソード接点アセンブリのシート抵抗が低下することがわかりました。接触部品の表面抵抗は電流負荷下ですぐに定常状態に達し、長期電流負荷条件下でも構造を安定に維持できるため、SOFCの性能を向上させるための良い参考になります。

2. この研究は、固体酸化物型燃料電池スタック用の低抵抗で高導電率の接点材料の実際のニーズに向けたものです。LaNi0.6Fe0.4O3粒径制御が導電率とSOFC単セル性能に及ぼす影響のメカニズムを研究し、さまざまな手段を使用したLNF造粒中の単セル性能に対する空気酸素含有量や熱サイクルなどの動作条件の影響を分析しました。詳細に。この論文の概念は比較的斬新で、考え方は明確で、リストされているデータは対応する問題を十分に裏付けており、一定の実用的価値があります。記事には明確な構造、合理的な論理、そして標準化された文章が含まれています。