CL-SPEEK/Cs-TPA/$CeO_2$ composite membrane was prepared for polymer electrolyte membrane water electrolysis (PEMWE). In order to improve the electrochemical, mechanical, durabilities and electrocatalytic characteristics, engineering plastic of polyether ether ketone (PEEK) as polymer matrix was sulfonated and the organic-inorganic blend composite membranes was prepared by loading cesium-substituted tungstophosphoric acid (Cs-TPA) by titration method with cross-linking agent contents of 0.01mL. Ceria ($CeO_2$) was used to scavenge free radicals which attack the membrane in the PEMWE circumstance and to increase the duration of the membrane. CL-SPEEK/$Cs_{(1)}$-TPA/CeriaIn conclusion, 1% membrane showed the optimum results such as 0.119 S/cm at $80^{\circ}C$ of proton conductivity and 62MPa of tensile strength.
LSGM$(La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.8}Mg_{0.2}O_{3-{\delta}})$ is the very promising electrolyte material for lower-temperature operation of SOFCs, especially when realized in anode-supported cells. But it is notorious for reacting with other cell components and resulting in the highly resistive reaction phases detrimental to cell performance. LDC$(La_{0.4}Ce_{0.6}O_{1.8})$, which is known to keep the interfacial stability between LSGM electrolyte and anode, was adopted in the anode-supported cell, and its effect on the interfacial reactivity and electrochemical performance of the cell was investigated. No severe interfacial reaction and corresponding resistive secondary phase was found in the cell with LDC buffer layer, and this is due to its ability to sustain the La chemical potential in LSGM. The cell exhibited the open circuit voltage of 0.64V, the maximum power density of 223 $mW/cm^2$, and the ohmic resistance of $0.17{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$. These values were much improved compared with those from the cell without any buffer layer, which implies that formation of the resistive reaction phases in LSGM and then deterioration of the cell performance is resulted mainly from the La diffusion from LSGM electrolyte to anode.
The intermediate operating temperature of solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) have achieved considerable importance in the area of power fabrication. This is because to improve materials compatibility, their long-term stability and cost saving potential. However, to conserve rational cell performance at reduced-temperature regime, cathode performance should be obtained without negotiating the internal resistance and the electrode kinetics of the cell. Recently, double perovskite structure cathodes have been studied with great attention as a potential material for IT-SOFCs. In this study, double-perovskite structured cathodes of $GdBaCoCuO_{5+\delta}$, $GdBaCo_{2/3}Cu_{2/3}Fe_{2/3}O_{5+\delta}$ compositions and $(1-x)GdBaCo_2O_{5+\delta}+xCe_{0.9}Gd_{0.1}O_{1.95}$ (x = 10, 20, 30 and 40 wt.%) composites were evaluated as the cathode for intermediate temperature solid oxide fuel cells(IT-SOFCs). Electrical conductivity of the cathodes were measured by DC 4-probe method, and the thermal expansion coefficient of each sample was measured up to $900^{\circ}C$ by a dilatometer study. Area specific resistances(ASR) of the $GdBaCo_{2/3}Cu_{2/3}Fe_{2/3}O_{5+\delta}$ cathode and 70 wt.% $GdBaCo_2O5+\delta$ + 30wt.% Ce0.9Gd0.1O1.95 composite cathode on CGO electrolyte substrate were analyzed using AC 3-probe impedance study. The obtained results demonstrate that double perovskite-based compositions are promising cathode materials for IT-SOFCs.
Perovskite type ceramic membranes which exhibit dual ion conduction (proton and oxygen ion conduction) can permeate water and can aid solving operational problems such as temperature gradient and carbon deposition associated with a working solid oxide fuel cell. From this point of view, it is crucial to reveal water transport mechanism and especially the nature of the surface sites that is necessary for water incorporation and evolution. $BaCe_{0.8}Y_{0.2}O_{3-{\alpha}}$ (BCY20) was used as a model proton and oxygen ion conducting membrane in this work. Four different catalytically modified membrane configurations were used for the investigations and water flux was measured as a function of temperature. In addition, CO was introduced to the permeate side in order to test the stability of membrane against water and $CO/CO_2$ and post operation analysis of used membranes were carried out. The results revealed that water incorporation occurs on any exposed electrolyte surface. However, the magnitude of water permeation changes depending on which membrane surface is catalytically modified. The platinum increases the water flux on the feed side whilst it decreases the flux on the permeate side. Water flux measurements suggest that platinum can block water permeation on the permeate side by reducing the access to the lattice oxygen in the surface layer.
Le, Thi-Anh-Tuyet;Nguyen, Bao-Tan;Phan, Thanh Dung;Kang, Jong-Seong;Kim, Kyeong Ho
분석과학
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제34권4호
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pp.143-152
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2021
Capillary electrophoresis (CE) is an effective technique to study chiral recognition because it offers flexibility in adjusting vital factors. Currently, various available cyclodextrins (CDs) can be employed for the chiral separation of numerous analytes. Herein, we investigate the enantioseparation behavior of lipoic acid enantiomers in various types of single and dual CD systems through CE. Additionally, several impacted CE parameters were optimized through the systematic investigation based on the design of experiment (DoE) concept for a single system comprising a heptakis (2,3,6-tri-O-methyl)-β-CD and a dual system containing the combination of the single CD with a sulfated-β-CD. Consequently, absolute enantioresolution was obtained within 15 min on a common standard bare fused-silica capillary (64.5/56 cm in total/effective length, 50/365 ㎛ inner/outer diameter), maintained at 15 ℃ and at an applied voltage of 24 kV. The optimal background electrolyte consisted of 6 mM heptakis (2,3,6-tri-O-methyl)-β-CD dissolved in the solution of 58 mM borate buffer at pH 10. Furthermore, the results of apparent binding constant experiments indicated that the S-enantiomer-heptakis (2,3,6-tri-O-methyl)-β-CD complex exhibited a stronger affinity than its R-enantiomer counterpart. The obtained electrophoretic mobility values could be utilized to interpret the resolution achieved at various CD concentrations and the mobility behavior of the complexes elucidated the migration order of the enantiomers in an electropherogram.
Acceptor-doped cerium pyrophosphates have shown significant proton conductivity of > $10^{-2}Scm^{-1}$ in the range of $100-300^{\circ}C$ and are considered promising candidates for use as electrolytes in proton-conducting, ceramic electrolyte fuel cells (PCFCs). But, cerium pyrophosphates themselves do not have structural protons, and protons incorporate into their material bulk only as impurities on exposure to a hydrogen-containing atmosphere. However, proton incorporation and proton conduction in these materials are expected to be affected by factors such as the nature (ionic size and charge) and concentration of the aliovalent dopant, processing history (synthesis route and microstructure), and the presence of residual phosphorous phosphate ($P_mO_n$) phases. An exact understanding of these aspects has not yet been achieved, leading to large differences in the magnitude of proton conductivity of cerium pyrophosphates reported in various studies. Herein, we systematically address some of these aspects, and present an overview of factors affecting proton conductivity inacceptor-doped $CeP_2O_7$.
Among the Ruddlesden-Popper series, $La_4Ni_3O_{10}$ has received widespread attention as a promising cathode material by reason of its favorable properties for realizing high performance of intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). The $La_4Ni_3O_{10}$ cathode is prepared using the facile sol-gel method by employing tri-blockcopolymer (F127) to obtain a single phase in a short sintering time. There are no reactions between the $La_4Ni_3O_{10}$ cathode and the $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-\delta}$ (GDC) electrolyte upon sintering at $1000^{\circ}C$, indicating that the $La_4Ni_3O_{10}$ cathode has good chemical compatibility with the GDC electrolyte. The maximum electrical conductivity of $La_4Ni_3O_{10}$ reaches approximately 240 S $cm^{-1}$ at $100^{\circ}C$ and gradually decreases with increasing temperaturein air atmosphere. The area specific resistance value of $La_4Ni_3O_{10}$ composite with 40 wt% GDC is $0.435{\Omega}cm^2$ at $700^{\circ}C$. These data allow us to propose that the $La_4Ni_3O_{10}$-GDC composite cathode is a good candidate for IT-SOFC applications.
Park, Ji Young;Jung, Noh Hyun;Jung, Doh Won;Ahn, Sung-Jin;Park, Hee Jung
한국세라믹학회지
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제56권2호
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pp.197-204
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2019
An electrochemical oxygen permeating membrane (OPM) is fabricated using Zr0.895Sc0.095Ce0.005Gd0.005O2-δ (ScCeGdZ) as the solid electrolyte and aLa0.7Sr0.3MnO3-bScCeGdZ composite (LZab, electrode) as the electrode. The crystal phase of the electrode and the microstructure of the membrane is investigated with X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The electrochemical resistance of the membrane is examined using 2-p ac impedance spectroscopy, and LZ55 shows the lowest electrode resistance among LZ82, LZ55 and LZ37. The oxygen permeation is studied with an oxygen permeation cell with a zirconia oxygen sensor. The oxygen flux of the OPM with LZ55 is nearly consistent with the theoretical value calculated from Faraday's Law below a critical current. However, it becomes saturated above the critical current due to the limit of the oxygen ionic conduction of the OPM. The OPM with LZ55 has a very high oxygen permeation flux of ~ 3.5 × 10-6 mol/㎠s in I = 1.4 A/㎠.
Characteristics of composite electrolytes which were prepared by coating a thin film of YSZ (yttria sta-bilized zirconia : (ZrO2)0.92 (Y2O3)0.08) on YDC (yttria doped ceria : Ce0.8Y0.2O1.9) with mixed conductivity have been investigated in order to develop the low-temperature solid oxide fuel cell. The thickness (t) of spin-coated YSZ thin films after the heat-treatment at 600$^{\circ}C$ was increased proportionally to the sol con-centrations (C) while the decrease in its thickness with the spin rate ($\omega$) could be expressed in the e-quation of ln t=9.49-0.53 ln $\omega$(0.99mol//s sol conc.) When the sol concentration and the spin rate being less than 0.99 mol/l and higher than 1000 rpm respectively reliable YSZ/YDC composite electrolytes could be obtained by multi-coating although several micro-cracks were observed in singly coated YSZ film surfaces. The dense YSZ film with a 1$\mu\textrm{m}$ thickness was prepared by coating of 0.99 mol/l YSZ sol five-times at 2000 rpm followed by heat-treatment at 1400$^{\circ}C$ for 2h, The adhesion between YSZ film and YDC substrate was found to be very good. The open circuit voltages of H2/O2 single cell with YSZ/YDC composite electrolytes were 0.79∼0.82 V at 800$^{\circ}C$ and 0.75∼0.77V at 900$^{\circ}C$ The open circuit voltage was inversely proportioned to the thickness ratio of YSZ thin film (1$\mu\textrm{m}$) to YDC substrate(0.28-2.22 mm)
To understand how reactivity between reinforcing nanoparticles and aqueous solution affects electrodeposited Cu thin films, two types of commercialized cerium oxide (ceria, $CeO_2$) nanoparticles were used with copper sulfate electrolyte to form in-situ nanocomposite films. During this process, we observed variation in colors and pH of the electrolyte depending on the manufacturer. Ceria aqueous solution and nickel sulfate ($NiSO_4$) aqueous solutions were also used for comparison. We checked several parameters which could be key factors contributing to the changes, such as the oxidation number of Cu, chemical impurities of ceria nanoparticles, and so on. Oxidation number was checked by salt formation by chemical reaction between $CuSO_4$ solution and sodium hydroxide (NaOH) solution. We observed that the color changed when $H_2SO_4$ was added to the $CuSO_4$ solution. The same effect was obtained when $H_2SO_4$ was mixed with ceria solution; the color of ceria solution changed from white to yellow. However, the color of $NiSO_4$ solution did not show any significant changes. We did observe slight changes in the pH of the solutions in this study. We did not obtain firm evidence to explain the changes observed in this study, but changes in the color of the electrolyte might be caused by interaction of Cu ion and the by-product of ceria. The mechanical properties of the films were examined by nanoindentation, and reaction between ceria and electrolyte presumably affect the mechanical properties of electrodeposited copper films. We also examined their crystal structures and optical properties by X-ray diffraction (XRD) and UV-Vis spectroscopy.
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