This article covers the theoretical ac-impedance models for the analysis of oxygen reduction on the porous cathode electrode f3r solid oxide fuel cell (SOFC). Firstly, ac-impedance models were explained on the basis of the mechanism of oxygen reduction, which were classified into the rate-determining steps; (i) adsorption of oxygen atom on the electrode surface, (ii) diffusion of adsorbed oxygen atom along the electrode surface towards the three-phase (electrode/electrolyte/gas) boundaries, (iii) surface diffusion of adsorbed oxygen atom m ixed with the adsorption reaction of oxygen atom on the electrode surface and (iv) diffusion of oxygen vacancy through the electrode coupled with the charge transfer reaction at the electrode/gas interface. In each section for ac-impedance model, the representative impedance plots and the interpretation of important parameters attributed to the oxygen reduction reaction were explained. Finally, we discussed in detail the applications of the proposed theoretical ac-impedance models to the real electrode of SOFC system.
Silver electrode having a high Electrocatalytic activity is oxygen-permeable electrode, in which oxygen ad-atoms are adsorbed and moved toward YSZ electrolyte by bulk diffusion. It is the different point in comparison to usual porous electrodes, especially platinum, which react with oxygen only in TPBs(Three Phase Boundaries). Also ad-atoms at TPBs of Pt are diffused to YSZ electrolyte by interfacial diffusion mechanism. These properties were used for turning down the operating temperature of YSZ from over $600^{\circ}C$ to below $450^{\circ}C$. The different heat-treatment temperature between a working electrode and a reference electrode suppresses the formation of silver oxides and reduces a volatility of Ag as well. Above all, these own characteristics and special processes of Ag improved a long-term stability of a oxygen sensor.
We have fabricated a sensor system for on-line monitoring the oxygen permeability and diffusivity of six different polymer films using the miniaturized 6 cathode(Ag)-single anode(Ag/AgCl) type hexagonal oxygen electrode. This system consists of multiple input front-end electronics, signal conditioning circuit using the embedded microcontroller 80C196KC, PC interface circuit and PC with the OS for microcontroller and the operating program for this system. The digital low-[ass filter was programmed and the simulated filter characteristics were enough to eliminate the noise from sensor signal. According to the experimental results, the linearity coefficients of the output voltage to oxygen partial pressure for each sensor electrode of six cathode type oxygen sensor are 0.998, 0.997, 0.998, 0.997, 0.997, 0.997 respectively, and the response times are all within 4 minutes.
The variations of the positive and negative electrode potentials, and of internal pressure were measured during the charge of the sealed type Ni-Cd cell. Both polarization characteristics of a paste type Cd-electrode as a gas diffusion electrode in 30% KOH solution and the effects of active carbon electrode as an oxygen consuming auxiliary electrode of the Ni-Cd cell on the charging characteristics of the cell were studied. Peak voltage at the end of charge of the cell is ascribed to the peak at the negative electrode potential, which is due to the concentration polarization by the lack of $Cd^{++}$ ion and oxygen concentration. And the recovery of the negative electrode potential is resulted from depolarization by the increasing diffusion limiting current density with the increasing oxygen pressure. The active carbon electrode was effective as an oxygen consuming auxiliary electrode. The internal pressure of the cell could be maintained below 200mmHg even at one hour rate charge and overcharge by the use of active carbon electrode as an auxiliary electrode.
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/㎠.
Fluoride compound potentiometric cell oxygen sensors were fabricated for the measurement of oxygen pressure in the low temperature range (300。K-500。K). The disk type sensors consist of a reference Air(0$_2$):Ag, a solid electrolyte SrF$_2$, and a sensing metel Ag electrode. And the buried reference electrode type sensor have a NiO/Ni reference electrode. The open circuit emf of the cell showed high sensivity to oxygen gas (60mv) at the measuring temperature 20$0^{\circ}C$. Also, The buried reference electrode type sensor showed 30mv from 1% to 10% oxygen pressure range.
$700-900^{\circ}C$의 온도범위와 여러 산소분압 조건에서 고체전해질 연료전지의 양극인 $La_{0.9}Sr_{0.1}MnO_3$에서 산소의 환원반응특성을 조사하였다. AC 임피던스법과 전류중단법에 의해 산소환원반응의 전하전달저항을 측정하였는데 두 방법으로 구한 간이 서로 잘 일치하였다. 전기화학적 산소환원반응의 활성화에너지는 대기압 조건에서 174kJ/mol의 값을 보였고, 산소분압에 따른 전하전달저항의 측정결과로 부터 이 전극에서 전기화학적 산소환원반응의 율속단계는 전하전달과정임을 알 수 있었다.
In this study, we investigated the oxygen partial pressure effect of ITO films for electrodes of oxide-based Thin-Film Transistor (TFT). Firstly, we deposited single ITO films on the glass substrate at room temperature. ITO films were prepared at the various partial pressures of oxygen gas 0-7.4% (O2/(Ar+O2)). As increasing oxygen on the process of film deposition, electrical properties were improved and optical transmittance increased in the visible light range (300-800 nm). For the electrode of TFT, we fabricated a TFT device (W/L=1000/200 ㎛) with ITO films as the source and drain electrode on the silicon wafer. Except for the TFT device combined with ITO film prepared at the oxygen partial pressure ratio of 7.4%, We confirmed that TFT devices with ITO films via FTS system operated as a driving device at threshold voltage (Vth) of 4V.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
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pp.358-359
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2006
Ru-C nano-composite films were prepared by MOCVD, and their microstructures and their electrode properties for oxygen gas sensors were investigated. Deposited films contained Ru particles of 5-20 nm in diameter dispersed in amorphous C matrix. The AC conductivities associating to the interface charge transfer between Ru-C composite electrode and YSZ electrolyte were 100-1000 times higher than that of conventional paste-Pt electrodes. The emf values of the oxygen gas concentration cell constructed from the nano-composite electrodes and YSZ electrolyte showed the Nernstian theoretical values at low temperatures around 500 K. The response time of the concentration cell was 900 s at 500 K.
The anodic reaction of hydrogen/oxygen gas mixture at platinum or palladium electrode interfacing with a solid polymer electrolyte was investigated using AC impedance method. The impedance spectrum of the electrode reactions of the mixture depends on the gas composition, electrode roughness, the mode of electrochemical operation and the cell potential. For electrolysis mode of operation, the spectrum taken for the reaction on a rough platinum electrode for the gas mixture revealed clearly that the local anodic reduction of oxygen gas takes place concurrently with the anodic oxidation of hydrogen gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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