Формирование с использованием струйной 3D-печати анода твeрдооксидного топливного элемента на основе композиций NiO-Ce0.8Gd0.2O2 и исследование его микроструктуры

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработан состав пасты для струйной 3D-печати на основе композита NiO-Ce0.8Gd0.2O2 и изготовлена анодная заготовка твердооксидного топливного элемента планарной геометрии с применением метода прямой струйной 3D-печати. Исследовано влияние режима печати и термического отжига на морфологические и структурные характеристики образцов. Проведено восстановление анодной заготовки; полученный образец охарактеризован рядом физико-химических методов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Д. Асмедьянова

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН; Новосибирский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: asmedianova@gmail.com
Россия, Новосибирск; Новосибирск

А. С. Багишев

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: asmedianova@gmail.com
Россия, Новосибирск

О. А. Логутенко

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: asmedianova@gmail.com
Россия, Новосибирск

А. И. Титков

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Email: asmedianova@gmail.com
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Organization for Economic Co-operation and Development (OECD)/International Energy Agency (IEA), Key World Energy Statistics 2014, OECD, Paris, 2014.
  2. Tai, X.Y., Zhakeyev, A., Wang, H., Jiao, K., Zhang, H., and Xuan, J., Accelerating fuel cell development with additive manufacturing technologies: state of the art, opportunities and challenges, Fuel Cells, 2019, vol. 19, no. 6, p. 636.
  3. Buccheri, M., Singh, A., and Hill, J.M., Anode versus electrolyte-supported Ni-YSZ/YSZ/Pt SOFCs: Effect of cell design on OCV, performance and carbon formation for the direct utilization of dry methane, J. Power Sources, 2011, vol. 196, no. 3, p. 969.
  4. Bagotsky, V.S., Skundin, A.M., and Volfkovich Y.M., Electrochemical power sources, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA 2015, p. 199–212.
  5. Shaikh, S.P.S, Muchtar, A., and Somalu, M.R., A review on the selection of anode materials for solid-oxide fuel cells, Renewable Sustainable Energy Rev., 2015, vol. 51, p. 1.
  6. Iwanschitz, B., Sfeir, J., Mai, A., and Schütze, M., Degradation of SOFC anodes upon redox cycling: a comparison between Ni/YSZ and Ni/CGO, J. Electrochem. Soc., 2010, vol. 157, no. 2, p. B269.
  7. Pihlatie, M., Kaiser, A., and Mogensen, M., Redox stability of SOFC: thermal analysis of Ni/YSZ composite, Solid State Ionics, 2009, vol. 180, no. 17–19, p. 1100.
  8. Истомин, С.Я., Антипов, Е.В. Катодные материалы на основе перовскитоподобных оксидов переходных металлов для среднетемпературных твердооксидных топливных элементов. Успехи химии. 2013. Т. 82. Вып. 7. С. 686.
  9. Weller, C., Kleer, R., and Piller, F.T., Economic implications of 3D printing: market structure models in light of additive manufacturing revisited, Int. J. Prod. Econ., 2015, vol. 164, p. 43.
  10. Zhongqi, Z.H.U. and Zhiyuan, G.O.N.G., Additive manufacturing of thin electrolyte layers via inkjet printing of highly-stable ceramic inks, J. Adv. Ceram., 2021, vol. 10, no. 2.
  11. Han, G.D. and Bae, K., Inkjet printing for manufacturing solid oxide fuel cells, ACS Energy Lett., 2020, vol. 5, p. 1586.
  12. Anelli, S., Rosa, M., Baiutti, F., Torrell, M., Esposito, V., and Tarancon, A., Hybrid-3D printing of symmetric solid oxide cells by inkjet printing and robocasting, Addit. Manuf., 2022, vol. 51, p. 102636.
  13. Nguyen, X.V., Chang, C.T., Jung, G.B., Chan, S.H., Huang, W.C.W., Hsiao, K.J., Lee, W.T., Chang, S.W., and Kao, I.C., Effect of sintering temperature and applied load on anode-supported electrodes for SOFC application, Energies, 2016, vol. 9, no. 9, p. 701.
  14. Skalar, T., Lubej, M., and Marinsek, M., Optimization of operating conditions in a laboratory SOFC testing device, Article in Mater. and Technol., 2015, vol. 49, no. 5, p. 734.
  15. Bagishev, A., Titkov, A., Vorobyev, A., Borisenko, T., Bessmeltsev, V., Katasonov, D., and Nemudry, A., Development of composite electrode materials based on nickel oxide for additive manufacturing of fuel cells, MATEC Web of Conferences, 2021, vol. 340, 01054.
  16. Багишев, А.С., Мальбахова, И.А., Воробьев, А.М., Борисенко, Т.А., Асмедьянова, А.Д., Титков, А.И., Немудрый, А.П. Послойное формирование композитного анода NiO/CGO для ТОТЭ струйной 3D-печатью в комбинации с лазерной обработкой. Электрохимия. 2022. Т. 58. С. 1.
  17. Modak, C.D., Kumar, A., Tripathy, A., and Sen, P., Drop impact printing, Nat. Commun., 2020, vol. 11, 4327.
  18. Song, C., Lee, S., Gu, B., Chang, I., Cho, G.Y., Baek, J.D., and Cha, S.W., A study of anode-supported solid oxide fuel cell modeling and optimization using neural network and multi-armed bandit algorithm, Energies, 2020, vol. 13, no.7, p. 1621.
  19. Uddin, J., Hassan, J., and Douroumis, D., Thermal Inkjet Printing: Prospects and Applications in the Development of Medicine, Technologies, 2022, vol. 10, p. 6.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кривые распределения частиц оксида никеля по размерам до и после измельчения в бисерной мельнице.

Скачать (83KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кривые распределения частиц GDC по размерам до и после измельчения в бисерной мельнице. восстановления анодных заготовок.

Скачать (86KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость динамической вязкости пасты NiO-GDC от скорости сдвига.

Скачать (65KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микрофотографии анодных заготовок, полученных методами литья (a, в) и струйной печати (б, г), при двух увеличениях.

Скачать (724KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Термограмма анодной заготовки NiO-GDC.

Скачать (66KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Режимы термического спекания анодных заготовок.

Скачать (110KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изображения композитных анодных заготовок, полученных методами литья (a), струйной печати (б) и после отжига по программе 3 (в).

Скачать (56KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Принципиальная схема печи для восстановления анодных заготовок.

Скачать (29KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Рентгенограммы образцов NiO-GDC до спекания (а), после спекания (б) и после восстановления спеченного образца при 600°С (в).

Скачать (93KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Микрофотографии композитного анода Ni-GDC после восстановления.

Скачать (322KB)
Метаданные

Примечание

Публикуется по материалам IX Всероссийской конференции с международным участием “Топливные элементы и энергоустановки на их основе”, Черноголовка, 2022.


© Российская академия наук, 2024