Name: probing and mapping electrode surfaces in solid oxide fuel cells
Uploaded: 2012-09-20T13:00:00
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Este trabalho foi financiado pelo Centro HeteroFoaM, um Centro de Pesquisa de Energia Frontier financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência, Instituto de ciências básicas da energia (BES) sob o número Prêmio DE-SC0001061.

1. Fabricação de uma célula Ânodo YSZ-embedded Malha <ol><li> Pesar dois lotes de 0,2 g de pó de YSZ. </li><li> Comprimir um pó de lote YSZ num molde cilíndrico de aço inoxidável (13 mm de diâmetro) com uma prensa uniaxial a seco a uma pressão de 50 MPa durante 30 segundos. </li><li> Cortar a &lt;pedaço de 1 cm-Ni malha e colocá-la sobre a superfície de YSZ disco no interior do molde. </li><li> Adicionar o outro 0,2 g de pó de YSZ no topo do Ni-malha no interior do molde e aplanar a superfície do pó u...

<ol>
	<li>Minh, N. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid+oxide+fuel+cell+technology-features+and+applications.">Solid oxide fuel cell technology-features and applications.</a> Solid State Ionics. 174 (1-4), 271 (2004).</li><li>Liu, M., Lynch, M. E., Blinn, K., Alamgir, F., Choi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rational+SOFC+material+design:+new+advances+and+tools.">Rational SOFC material design: new advances and tools.</a> Materials today. 14 (11), 534 (2011).</li><li>Zhan, Z. L., Barnett, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+octane-fueled+solid+oxide+fuel+cell.">An octane-fueled solid oxide fuel cell.</a> Science. 308, 844 (2005).</li><li>Huang, Y. H., Dass, R. I., Xing, Z. L., Goodenough, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double+perovskites+as+anode+materials+for+solid+oxide+fuel+cells.">Double perovskites as anode materials for solid oxide fuel cells.</a> Science. 312, 254 (2006).</li><li>Yang, L., Wang, S., Blinn, K., Liu, M., Liu, Z., Cheng, Z., Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Sulfur+and+Coking+Tolerance+of+a+Mixed+Ion+Conductor+for+SOFCs:+BaZr0.1Ce0.7Y0.2-xYbxO3-d.">Enhanced Sulfur and Coking Tolerance of a Mixed Ion Conductor for SOFCs: BaZr0.1Ce0.7Y0.2-xYbxO3-d.</a> Science. 326, 126 (2009).</li><li>Liu, M. F., Choi, Y. M., Yang, L., Blinn, K., Qin, W., Liu, P., Liu, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+octane+fuel+cells:+A+promising+power+for+transportation.">Direct octane fuel cells: A promising power for transportation.</a> Nano Energy. 1, 448 (2012).</li><li>Cheng, Z., Wang, J. -. H., Choi, Y. M., Yang, L., Lin, M. C., Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Ni-YSZ+to+sulfur-tolerant+anodes+for+SOFCs:+electrochemical+behavior,+in+situ+characterization,+modeling,+and+future+perspectives.">From Ni-YSZ to sulfur-tolerant anodes for SOFCs: electrochemical behavior, in situ characterization, modeling, and future perspectives.</a> Energy &amp; Environmental Science. 4 (11), 4380 (2011).</li><li>Blinn, K. S., Abernathy, H. W., Li, X., Liu, M. F., Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectroscopic+monitoring+of+carbon+deposition+on+hydrocarbon-fed+solid+oxide+fuel+cell+anodes.">Raman spectroscopic monitoring of carbon deposition on hydrocarbon-fed solid oxide fuel cell anodes.</a> Energy &amp; Environmental Science. 5, 7913 (2012).</li><li>Abernathy, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Investigations of Gas/Electrode Interactions in Solid Oxide Fuel Cells Using Vibrational Spectroscopy [dissertation]. , (2008).</li><li>Pomfret, M. B., Owrutsky, J. C., Walker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-temperature+Raman+spectroscopy+of+solid+oxide+fuel+cell+materials+and+processes.">High-temperature Raman spectroscopy of solid oxide fuel cell materials and processes.</a> Journal of Physical Chemistry B. 110 (35), 17305 (2006).</li><li>Cheng, Z., Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+sulfur+poisoning+of+Ni-YSZ+anodes+for+solid+oxide+fuel+cells+using+in+situ+Raman+microspectroscopy.">Characterization of sulfur poisoning of Ni-YSZ anodes for solid oxide fuel cells using in situ Raman microspectroscopy.</a> Solid State Ionics. 178 (13-14), 925 (2007).</li><li>Li, X., Blinn, K., Fang, Y., Liu, M., Mahmoud, M. A., Cheng, S., Bottomley, L. A., El-Sayed, M., Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+surface+enhanced+Raman+spectroscopy+to+the+study+of+SOFC+electrode+surfaces.">Application of surface enhanced Raman spectroscopy to the study of SOFC electrode surfaces.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 14, 5919 (2012).</li><li>Dresselhaus, M. S., Jorio, A., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Saito, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspectives+on+Carbon+Nanotubes+and+Graphene+Raman+Spectroscopy.">Perspectives on Carbon Nanotubes and Graphene Raman Spectroscopy.</a> Nano Letters. 10, 751 (2010).</li><li>Su, C., Ran, R., Wang, W., Shao, Z. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coke+formation+and+performance+of+an+intermediate-temperature+solid+oxide+fuel+cell+operating+on+dimethyl+ether+fuel.">Coke formation and performance of an intermediate-temperature solid oxide fuel cell operating on dimethyl ether fuel.</a> Journal of Power Sources. 196, 1967 (2011).</li><li>Cheng, Z., Abernathy, H., Raman Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopy+of+Nickel+Sulfide+Ni3S2.">Spectroscopy of Nickel Sulfide Ni3S2.</a> Journal of Physical Chemistry C. 111 (49), 17997 (2007).</li><li>Yang, L., Choi, Y., Qin, W., Chen, H., Blinn, K., Liu, M., Liu, P., Bai, J., Tyson, T. A., Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Promotion+of+water-mediated+carbon+removal+bynanostructured+barium+oxide/nickel+interfaces+in+solid+oxide+fuel+cells.">Promotion of water-mediated carbon removal bynanostructured barium oxide/nickel interfaces in solid oxide fuel cells.</a> Nature Communications. 2, 357 (2011).</li><li>Kumar, A., Ciucci, F., Morzovska, A., Kalinin, S., Jesse, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+oxygen+reduction/evolution+reactions+on+the+nanoscale.">Measuring oxygen reduction/evolution reactions on the nanoscale.</a> Nature Chemistry. 3, 707 (2011).</li><li>Kumar, A., Arruda, T. M., Kim, Y., Ivanov, I. N., Jesse, S., Bark, C. W., Bristowe, N. C., Artacho, E., Littlewood, P. B., Eom, C. B., Kalinin, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+Surface+and+Bulk+Electrochemical+Processes+on+the+LaAlO3-SrTiO3+Interface.">Probing Surface and Bulk Electrochemical Processes on the LaAlO3-SrTiO3 Interface.</a> ACS Nano. 6 (5), 3841 (2012).</li><li>Katsiev, K., Yildiz, B., Balasubramaniam, K., Salvador, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+Tunneling+Characteristics+on+La0.7Sr0.3MnO3+Thin-Film+Surfaces+at+High+Temperature.">Electron Tunneling Characteristics on La0.7Sr0.3MnO3 Thin-Film Surfaces at High Temperature.</a> Applied Physics Letters. 95 (9), 092106 (2009).</li><li>Jesse, S., Kumar, A., Arruda, T. M., Kim, Y., Kalinin, S. V., Ciucci, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+strain+microscopy:+Probing+ionic+and+electrochemical+phenomena+in+solids+at+the+nanometer+level.">Electrochemical strain microscopy: Probing ionic and electrochemical phenomena in solids at the nanometer level.</a> MRS Bulletin. 37 (7), 651-65 (2012).</li><li>Datta, S. S., Strachan, D. R., Mele, E. J., Johnson, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Layers+and+Layer+Charge+Distributions+in+Few-Layer+Graphene+Films.">Surface Layers and Layer Charge Distributions in Few-Layer Graphene Films.</a> Nano Letters. 9, 7 (2009).</li><li>Coffey, D. C., Ginger, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+electrostatic+force+microscopy+of+polymer+solar+cells.">Time-resolved electrostatic force microscopy of polymer solar cells.</a> Nature Materials. 5 (9), 735 (2006).</li><li>Nakamura, M., Yamada, H., Morita, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Roadmap of Scanning Probe Microscopy. , (2007).</li><li>Girard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatic+force+microscopy:+principles+and+some+applications+to+semiconductors.">Electrostatic force microscopy: principles and some applications to semiconductors.</a> Nanotechnology. 12, 485 (2001).</li><li>Rasmussen, J. F. B., Hagen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+H2S+on+the+performance+of+Ni-YSZ+anodes+in+solid+oxide+fuel+cells.">The effect of H2S on the performance of Ni-YSZ anodes in solid oxide fuel cells.</a> Journal of Power Sources. 191 (2), 534 (2009).</li><li>Zha, S. W., Cheng, Z., Liu, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfur+poisoning+and+regeneration+of+Ni-based+anodes+in+solid+oxide+fuel+cells.">Sulfur poisoning and regeneration of Ni-based anodes in solid oxide fuel cells.</a> Journal of The Electrochemical Society. 154 (2), B201 (2007).</li><li>Liu, M. F., Ding, D., Blinn, K., Li, X., Nie, L., Liu, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+performance+of+LSCF+cathode+through+surface+modification.">Enhanced performance of LSCF cathode through surface modification.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 37 (10), 8613 (2012).</li><li>Park, H., Li, X., Blinn, K. S., Liu, M., Lai, S., Bottomley, L. A., Liu, M., Park, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+coking+resistance+from+nanoscale:+a+study+of+patterned+BaO+nanorings+over+nickel+surface.">Probing coking resistance from nanoscale: a study of patterned BaO nanorings over nickel surface.</a> , (2012).</li></ol>

Análise envenenamento por enxofre Os espectros de impedância apresentada na Figura 5 indicam que o envenenamento de enxofre é um fenómeno superficial ou interfacial, em vez de um que afecta a maior parte do material. Especificamente, o envenenamento rápido do eléctrodo de malha de Ni (Figura 6) podem resultar da exposição directa do eléctrodo de Ni para o gás combustível e subsequente adsorção do enxofre; difusão de gás não se limitar a taxa des...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente / Material </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários </td></tr><tr><td> Malha de níquel </td><td> Alfa Aesar </td><td> CAS: 7440-02-0 </td><td></td></tr><tr><td> Folha Ni </td><td> Alfa Aesar </td><td> CAS: 7440-02-0 </td><td></td></tr><tr><td> YSZ pó </td><td> TOSOH </td><td> Lote n º: S800888B </td><td></td></tr><tr><td> Ag pasta </td><td> Heraeus </td><td> C8710 </td><td></td></tr><tr><td> Óxido de bário </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 1304-28-5 </td><td></td></tr><tr><td> Fio de prata </td><td> Alfa Aesar </td><td> 7440-22-4 </td><td></td></tr><tr><td> Acetona </td><td> VWR </td><td> 67-64-1 </td><td></td></tr><tr><td> Etanol </td><td> Alfa Aesar </td><td> 64-17-5 </td><td&gt; </td></tr><tr><td> UHP H 2 </td><td> Airgas </td><td></td><td> Pureza de 99,999% </td></tr><tr><td> 100 ppm de H 2 S / H 2 </td><td> Airgas </td><td></td><td> Certificado mistura personalizada </td></tr><tr><td> tipo n Si AFM ponta </td><td> MikroMasch </td><td> NSC16 </td><td> Raio de 10 nm ponta </td></tr><tr><td> Au revestido AFM ponta </td><td> MikroMasch </td><td> CSC11/Au/Cr </td><td> 20-30 nm raio da ponta </td></tr><tr><td> Raman Spectrometer </td><td> Renishaw </td><td> RM1000 </td><td></td></tr><tr><td> Ar Ion Laser </td><td> ModuLaser </td><td> StellarPro 150 </td><td></td></tr><tr><td> He-Ne </td><td> Thorlabs </td><td> HPL170 </td><td></td></tr><tr><td> Microscópio de Força Atômica </td><td> Veeco </td><td> Nanoscope IIIA </td><td></td></tr><tr><td> Movendo Estágio Raman </td><td> Antes Científico </td><td> H101RNSW </td><td></td></tr><tr><td> Microscópio Óptico </td><td> Leica </td><td> DMLM </td><td></td></tr><tr><td> Microscópio Eletrônico de Varredura </td><td> LEO </td><td> 1550 </td><td></td></tr><tr><td> Fornalha tubular </td><td> Teste de Sistemas Aplicados </td><td> 2110 </td><td></td></tr><tr><td> Polisher </td><td> Aliadas produtos de alta tecnologia </td><td> MetPrep </td><td></td></tr><tr><td> 6 um Moagem mídia </td><td> Aliadas produtos de alta tecnologia </td><td> 50-50040M </td><td></td></tr><tr><td> 3 mm de mídia Polimento </td><td> Aliadas produtos de alta tecnologia </td><td> 90-30020 </td><td></td></tr><tr><td> 1 uM meios de polimento </td><td> Aliadas produtos de alta tecnologia </td><td> 90-30015 </td><td></td></tr><tr><td> 0,1 mícron mídia Polimento </td><td> Aliadas produtos de alta tecnologia </td><td> 90-32000 </td><td></td></tr><tr><td> Raman câmara </td><td> Harrick Científico </td><td> HTRC </td><td></td></tr></tbody></table>

probing and mapping electrode surfaces in solid oxide fuel cells

Células de combustível de óxido sólido (PaCOS) são, potencialmente, a solução mais eficaz e rentável para a utilização de uma grande variedade de combustíveis de hidrogénio para além de 1-7. O desempenho das células SOFC e as taxas de química e muitos processos de transformação de energia em armazenamento de energia e dispositivos de conversão, em geral, são limitadas principalmente pela carga e transferência de massa ao longo de superfícies de eletrodos e através de interfaces. Infelizmente, o entendimento mecanicista desses processos ainda não existe, em grande parte devido à dificuldade de caracterizar esses processos em condição in situ. Essa lacuna de conhecimento é um obstáculo principal para a comercialização SOFC. O desenvolvimento de ferramentas para a sondagem e mapeamento de química de superfície relevantes para reações de eletrodos é fundamental para desvendar os mecanismos de processos de superfície e de alcançar desenho racional de novos materiais de eléctrodo para armazenamento de energia mais eficiente e conversão 2. Entre os poucos relativamente in situ &lt;/ Em&gt; métodos de análise de superfície, a espectroscopia Raman pode ser realizado mesmo com altas temperaturas e ambientes agressivos, tornando-o ideal para a caracterização de processos químicos relevantes para SOFC desempenho ânodo e degradação 8-12. Ele também pode ser usado juntamente com medições electroquímicas, potencialmente permitindo correlação direta da electroquímica a química de superfície de uma célula operacional. Adequado in situ medições de mapeamento Raman seria útil para pinos apontando importantes mecanismos de reacção do ânodo, devido à sua sensibilidade para as espécies relevantes, incluindo a degradação do desempenho do ânodo através da deposição de carbono 8, 10, 13, 14 (&quot;coque&quot;) e envenenamento por enxofre 11, 15 e a maneira em que as modificações de superfície evitar esta degradação 16. O presente trabalho demonstra progressos significativos para essa capacidade. Além disso, a família de varrimento de microscopia de sonda (SPM) fornece uma abordagem técnicas especiais para interrogar o electrode superfície com resolução nanométrica. Além da topografia da superfície que é habitualmente recolhida por AFM e STM, outras propriedades tais como locais de estados electrónicos, coeficiente de difusão de iões e os potenciais de superfície pode também ser investigada 17-22. Neste trabalho, as medições electroquímicas, espectroscopia de Raman, e SPM foram usados ​​em conjunto com uma plataforma de eléctrodo novo teste que consiste em um eléctrodo de malha de Ni incorporado em um ítria-zircônia estabilizada electrólito (YSZ). Testes de desempenho da célula e espectroscopia de impedância sob combustível contendo H 2 S foi caracterizado, e mapeamento Raman foi utilizada para elucidar a natureza do envenenamento por enxofre. No monitoramento Raman in situ foi utilizado para investigar o comportamento de coque. Finalmente, microscopia de força atômica (AFM) e microscopia de força eletrostática (EFM) foram usados ​​para visualizar deposição de carbono em nanoescala. A partir dessa pesquisa, desejamos produzir uma imagem mais completa do ânodo SOFC.

Análise envenenamento por enxofre Mostrado na Figura 4 são curvas típicas IV e IP de uma célula com um eléctrodo de malha de Ni sob H 2 a 20 ppm e da condição de H 2 S. Claramente, a introdução do mesmo apenas alguns ppm de H 2 S pode envenenar o ânodo de Ni-YSZ e causar a degradação do desempenho considerável. A fim de compreender mais intensamente o comportamento envenenamento do ânodo de Ni-YSZ, espe...

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Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Nós apresentamos uma plataforma única para a caracterização de superfícies de eletrodos em células a combustível de óxido sólido (PaCOS) que permite realização simultânea de várias técnicas de caracterização (<em&gt; Por exemplo, in situ</em&gt; A espectroscopia Raman e microscopia da sonda ao lado de medidas eletroquímicas). Informações complementares a partir destas análises pode ajudar a avançar em direção a uma compreensão mais profunda da reação do eletrodo e mecanismos de degradação, fornecendo insights sobre desenho racional de materiais de melhor para PaCOS.

Sondagem e Mapeamento superfície do eletrodo em células a combustível de óxido sólido

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

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Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

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This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

Métodos experimentais para a rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de Fotoemissão combinada com Laser de polarização-variável

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Impressão do selo escalável e fabricação de superfícies de Hemiwicking

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...