Optimisation de la stabilité thermique dans les piles à flamable à oxyde solide
par Simon Mansfield
Sydney, Australie (SPX) 23 juillet 2024
Les piles à flamable à oxyde solide (SOFC) représentent une technologie de conversion d’énergie hautement efficace et propre, convertissant directement l’énergie chimique en énergie électrique par des réactions électrochimiques. Ces piles sont de plus en plus utilisées pour la manufacturing d’énergie décentralisée et stationnaire. Cependant, l’software pratique exige de prendre en compte les opérations et la upkeep de l’utilisateur, qui soumettent souvent l’appareil à des fluctuations de température importantes. Dans les environnements résidentiels, les systèmes SOFC s’allument et s’éteignent fréquemment en fonction des besoins du propriétaire.
Les SOFC peuvent subir des variations de température pendant leur fonctionnement, en particulier lorsqu’elles produisent de l’électricité à partir de la chaleur perdue dans les processus industriels ou les centrales thermiques, où l’approvisionnement en chaleur est irrégulier. De plus, des facteurs environnementaux tels que les variations de température diurnes et les circumstances météorologiques extrêmes peuvent entraîner des fluctuations thermiques importantes. Ces variations de température provoquent des contraintes thermiques dues à l’inadéquation des coefficients de dilatation thermique (TEC) des différents composants SOFC, ce qui peut dégrader les interfaces et réduire la puissance de sortie. Par conséquent, le maintien de la stabilité du cycle thermique est essentiel pour la commercialisation de la technologie SOFC.
Une étude récente menée par une équipe de scientifiques des matériaux, dirigée par Liangzhu Zhu du laboratoire clé de technologie avancée des piles à flamable et des électrolyseurs de la province du Zhejiang, de l’Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo, de l’Académie chinoise des sciences, en Chine, a proposé une nouvelle approche. Ils ont synthétisé un oxyde à construction RP décoré d’oxyde de perovskite distinctive en utilisant une méthode d’auto-assemblage pour améliorer l’activité catalytique et la stabilité. Ce travail a démontré une excellente correspondance TEC entre le ferrate de strontium-lanthane et l’électrolyte, mettant en valeur son potentiel en tant qu’électrode à air compétitive pour les SOFC.
« Dans ce rapport, nous avons synthétisé des oxydes biphasés La0.8Sr1.2FeO4+d et La0.4Sr0.6FeO3-d par la méthode d’auto-assemblage easy. L’oxyde perovskite distinctive, La0.4Sr0.6FeO3-d (LSF-P), avec une construction cubique et une activité catalytique élevée a été introduit pour faciliter le transport de cost à travers les oxydes à construction RP La0.8Sr1.2FeO4+d (LSF-RP) avec diverses orientations. Cette approche surmonte l’anisotropie inhérente à la construction et améliore simultanément l’activité catalytique de l’électrode composite. Les hétéro-interfaces intimes qui peuvent se former in situ entre les particules LSF-RP et LSF-P devraient accélérer le processus de transfert de cost, améliorant ainsi la cinétique ORR. Nous présentons en détail l’affect de la teneur en LSF-P en part double sur la construction de part, le coefficient de dilatation thermique, la cinétique de réaction de l’électrode, les performances de la cellule distinctive sous cyclage thermique et circumstances réversibles. « Les résultats indiquent que l’incorporation de LSF-P améliore la cinétique d’échange de floor d’oxygène, réduit la résistance à la polarisation et améliore considérablement les performances de la cellule distinctive sans sacrifier la stabilité de l’électrode composite », a déclaré Liangzhu Zhu, professeur à l’Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo, Académie chinoise des sciences, Chine.
« Les valeurs TEC des oxydes RP sont comparables à celles des électrolytes couramment utilisés dans les SOFC. Cependant, il est essential de noter que les oxydes RP présentent une conduction bidimensionnelle. Ils présentent une anisotropie significative dans la diffusion des ions oxygène et des électrons, le transport se produisant principalement dans le plan ab et un mouvement minimal le lengthy de l’axe c. Par conséquent, il est nécessaire de modifier le matériau structuré RP pour améliorer sa capacité de transfert de cost, augmentant ainsi son activité catalytique, sans sacrifier la stabilité pour une software dans les SOFC », a déclaré Liangzhu Zhu.
L’introduction d’une part secondaire est une stratégie courante pour stimuler l’activité catalytique des oxydes RP. « Le mélange mécanique est une méthode relativement easy pour l’introduction de la part secondaire. Bien que le mélange mécanique puisse améliorer dans une certaine mesure les performances des électrodes, il ne parvient pas à obtenir une distribution homogène des phases, ce qui limite à son tour le contact interfacial entre elles. L’infiltration est une autre different pour introduire le matériau de la seconde part. Cependant, il s’agit d’un processus fastidieux et chronophage qui nécessite des opérations en plusieurs étapes », a déclaré Yang Zhang, l’un des co-premiers auteurs et chercheur postdoctoral à l’Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo, Académie chinoise des sciences, Chine.
« La approach de synthèse par auto-assemblage pour la fabrication de matériaux composites est succesful de produire des buildings biphasées thermodynamiquement stables et dispersées de manière homogène en une seule opération rationalisée. En ajustant simplement les ratios des matières de départ, l’incorporation de la deuxième part peut être finement ajustée. De plus, cette approche d’auto-assemblage est très prometteuse pour la création de nombreuses interfaces structurelles hétérogènes au sein des électrodes à air composites, ce qui peut à son tour augmenter considérablement la cinétique de la réaction de réduction de l’oxygène (ORR). De plus, la méthode a le potentiel d’améliorer considérablement les performances des électrodes à air composites en optimisant le processus ORR », a déclaré Liangzhu Zhu.
Rapport de recherche:Une voie de synthèse innovante et facile du composite (La,Sr)2FeO4+d-La0.4Sr0.6FeO3-d comme électrode à air hautement secure pour les purposes de cellules à oxyde solide réversibles
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