The electrochemical performance and Cr poisoning behavior of $La_{1-x}Ba_xCo_{0.9}Fe_{0.1}O_{3-{\delta}}$ (LBCF, x = 0.3, 0.4, 0.5) and $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ (LSCF) cathodes were investigated for solid oxide fuel cells (SOFCs). The polarization resistance of the LBCF/GDC/LBCF symmetrical cell was found to decrease with increasing Ba content (x value). This phenomenon might be associated with the high oxygen vacancy concentration in the LBCF sample, with x = 0.5. In addition, there was no chromium poisoning in the LBCF cathode. On the other hand, the polarization resistance of the LSCF cathode was found to significantly increase after exposure to gaseous chromium species; it appears that this result stemmed from the formation of $SrCrO_4$ phase. Therefore, it can be expected that LBCF can be a durable potential cathode material for intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC).
Lee, Kyoung Jin;Chung, Jae Hun;Lee, Min Jin;Hwang, Hae Jin
한국세라믹학회지
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제56권2호
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pp.160-166
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2019
In this study, we investigated the long-term stability of Nd2NiO4 solid oxide fuel cell (SOFC) cathodes to evaluate their chromium poisoning tolerance. Symmetrical cells consisting of Nd2NiO4 electrodes and a yttria-stabilized zirconia electrolyte were fabricated and the cell potential and polarization resistance were measured at 850 ℃ in the presence of gaseous chromium species for 800 h. Up to 500 h of operation, the cell potential remained constant at 500 mA/㎠. However, it increased slightly over the operation duration of 550-800 h. No appreciable increase was observed in the polarization resistance of the Nd2NiO4 cathode during the entire operation of 800 h. Physicochemical examinations revealed that the gaseous chromium species did not form chromium-related contamination not only in the Nd2NiO4 cathode but also at the cathode/electrolyte interface. The results demonstrated that Nd2NiO4 is resistant to chromium poisoning, and hence is a potential alternative to standard perovskite cathodes.
Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) performance degrade when sulfur dioxide is present in the fuel hydrogen gas, this is referred as $SO_2$ poisoning. This paper reveals $SO_2$ poisoning on PEMFC cathode part by measuring electrical performance of single cell under 1 ppm and 5 ppm on $SO_2$ gas operating. The security of $SO_2$ poisoning depended on $SO_2$ concentration under the best operating conditions($65^{\circ}C$ of cell temperature and 100% of relative humidity between anode and cathode). $SO_2$ adsorption occured on the surface of catalyst layer on membrane electrode assembly (MEA), In addition, MEA poisoning by $SO_2$ was cumulative but reversible. After poisoning within 5 ppm $SO_2$ for 1hr, the electrical performance of PEMFC was found to recover up to about 93% by cyclic voltametry scan.
한국정보디스플레이학회 2002년도 International Meeting on Information Display
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pp.371-375
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2002
Emissions of thermionic cathodes and field emitters were studied using a cathode emission profiler which works based on the anode scanning method. Findings about impregnated cathodes in thermal activation and gas poisoning processes are shown. Effects of surface treatments for field emitters are studied from the viewpoint of emission profiles and characteristics of the emitters.
고분자 전해질막 연료전지는 연료극의 연료와 공기극의 공기에 각각 $H_2S$와 $SO_2$이 포함되어 있을 때 그 성능이 심각하게 감소한다. 본 연구는 고분자전해질막 연료전지의 공기극과 연료극에 1 ppm에서 10 ppm의 불순물 가스를 공급하여 전기적 성능측정을 통해 복합적인 황불순물이 단위전지에 미치는 영향을 확인하였다. 최적의 운전조건에서 불순물가스를 피독하였을 때 $SO_2$와 $H_2S$의 농도가 증가할수록 성능이 급격히 감소하였다(단위전지 온도 $65^{\circ}C$, 상대습도 100%). 그리고 황의 흡착은 MEA의 백금 촉매층 표면서 일어나며, 불순물 가스가 MEA에 누적되는 것을 확인하였다. 1, 3, 5, 및 10 ppm 4회의 연속적인 피독 후 연료전지의 성능이 0.71 V에서 0.54 V(76 %)로 감소하였다.
STS444 with or without $La_{0.9}Sr_{0.1}MnO_3$ (LSM)-coating was contacted to $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3$ (LSCF) cathode on various electrolyte materials and the polarization resistance $(R_p)$ was measured by impedance spectroscopy. By making a symmetric half-cell and contacting only one side of the cathode with the interconnect, the effect of chromium (Cr) poisoning was separated from the aging effects. When the LSCF cathode was contacted with LSM-coated STS (stainless steel), $R_p$ of LSCF was lower than that contacted with the uncoated STS. Impedance patterns measured for the working electrode (W.E.), the counter electrode (C.E.) at $600^{\circ}C$ in air were analyzed. Normalized data of net Cr effect showed that $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_2$ (GDC) electrolyte is more tolerant to the chromium poisoning than $La_{0.9}Sr_{0.1}Ga_{0.8}Mg_{0.2}$ (LSGM) or 8 mol% $Y_2O_3-doped$$ZrO_2$ (YSZ) electrolytes.
SOFC is a high temperature fuelcell with many advantages, but it also have several demerits. One of the Issues is cathode poisoning of Cr coming from stainless steel interconnects. Diffusion process of Cr evaporated from the surface of interconnect steel was calculated by using CFD technique to understand factors for Cr deposition. It has been cleared that factors concerned in Cr deposition and how they affect Cr deposition. Major variables for Cr deposit ion are diffusion coefficient, air velocity and temperature If diffusion coefficient decreases, Cr concentration increases in the air but decreases on the cathode surface. Increasing in air velocity, Cr concentration decreases in the air and on the cathode surface. Increase in temperature leads to rising Cr concentration on the cathode surface because of diffusion coefficient increment.
Weon, Byung-Mook;Je, Jung-Ho;Park, Gong-Seog;Koh, Nam-Je;Barratt, David S.;Saito, Tsunenari
Journal of Information Display
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제6권4호
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pp.35-39
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2005
In this paper, we investigate the oxide cathodes for the development of reliable electron sources. Poisoning in oxide cathodes is one of the serious problems in achieving reliable electron emission. In particular, early poisoning induces poor life performance as will be demonstrated herein. The survivability of electron emission sources is significantly improved by high doping of high-speed activator. The robust oxide cathodes with 0.17 % Mg operating at about 1,050 K are expected to work for very long times (>100,000 hours). We suggest that this key idea will contribute to solving the basic problems in oxide cathodes such as poisoning or ion bombardment for high power or high frequency applications of electron sources.
최근에 알칼리막연료전지의 막전극접합체에서 이오노머에 의한 촉매 피독에 대한 연구 결과들이 보고되고 있다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위해서 전극 제조 시에 사용되는 유기용매의 성분을 조절하여 막전극접합체의 성능을 향상시키고자 하였다. Fuma-Tech사의 상용 이오노머를 사용하여 N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP)와 Ethylene glycol (EG)를 이용한 4가지의 혼합용매를 제조하였다. 혼합용액을 이용하여 제조된 캐소드 전극은 NMP기반의 상용 이오노머에 비해서 약 36%의 향상된 분극성능을 나타내었다. 이것은 용매의 종류에 따른 이오노머의 분산성 차이에 따른 결과로 추측되며 비균일성 분포의 이오노머가 전극의 성능을 향상시키는 것으로 관찰되었다. 이에 관한 원인분석을 위해서 막전극 접합체의 고주파 저항, 내부저항 보정 분극곡선, Tafel 기울기, Mass activity 및 임피던스 분광법을 사용하여 특성 분석을 실시하였다. 이오노머의 비용매의 비율 증가에 따라서 캐소드 전극 성능이 개선되는 것을 확인하였고, 이것은 이오노머의 입도 분포에 따라서 촉매의 피독이 감소되는 결과로 판단된다.
연료전지기술은 환경적으로 유해한 오염물질을 발생시키지 않으려, 높은 에너지 밀도를 가지는 청정에너지기술이다. 특히 고분자전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 넓은 응용분야로 인해 최근 큰 관심을 받고 있으며, 폭넓은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 단위전지 내 연료극(anode) 및 공기극(cathode) 촉매 층을 대상으로 고분자전해질연료전지의 운전시간 경과에 대한 성능변화 및 안정성을 예측하는 모델링을 수행하였다 촉매층에서 발생하는 단위전지의 주요한 성능감소 원인으로 연료극에서의 일산화탄소 피독 현상을 고려하였다. 전지의 장기간 운전모델링 결과 연료극에 공급되는 기체 내의 일산화탄소 비율이 클수록 단위전지성능의 안정성이 크게 감소되는 것으로 나타났다. 또한 장기 운전시 공기극의 느린 산소환원반응과 백금의 용해와 소결에 의해 전지의 성능이 감소되는 것으로 나타났다. 이들을 극복하는 방안으로 연료극에 공급되는 수소의 비율을 높이고 공기극의 촉매층 내에 있는 백금양을 높이는 것을 제안하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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