Electrolyte-supported symmetric Ni-YSZ cermet electrodes of ca. $23{\mu}m$ were prepared by screenprinting and the impedance was measured as a function of humidity from 2% to 90% balanced in $H_2$ at a total flow rate of 50 sccm. The Ni felt current collector of 1 mm thickness exhibited a Gerischer-like gas concentration impedance in the low frequency range, which was similarly observed in the cermet-supported solid oxide cells, while the Pt paste collector exhibited only electrochemical polarization. The electrochemical polarization of both samples was modeled by a non-ideal diffusion-reaction transmission line model including CPEs with ${\alpha}$= 0.5. In the case of the Pt paste collector, all the Bisquert parameters exhibited humidity dependence to the -1/2 power, supporting a non-faradaic chemical reaction mechanism at three phase boundaries. Consequently, the surface diffusivity and reaction rate increased linearly with humidity. Less pronounced humidity dependence and somewhat lower utilization length with an Ni felt collector can be attributed to the diffusion-limited gas flow through the collector.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.510-511
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2008
Fuel cell is a modular, high efficient and environmentally energy conversion device, it has become a promising option to replace the conventional fossil fuel based electric power plants. The high temperature fuel cell has conspicuous feature and high potential in being used as an energy converter of various fuel to electricity and heat. And, The research and development for the solid oxide fuel cell have been promoted rapidly and extensively in recent years, because of their high efficiency and future potential. Therefore this paper describes the manufacturing method and characteristics of anode electrode for solid oxide fuel cell, by the way, Ni-YSZ materials are used as anode of high temperature widely. So in this experiments, we investigated the optimum content of Ni, by the impedance characteristics, overvoltage. As a result, the performance of Ni-YSZ anode(40vol%) was better excellent than the others.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.11a
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pp.157-159
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2001
The molten carbonate fuel cell has conspicuous feature and high potential in being used as an energy converter of various fuel to electricity and heat. However, the MCFC which use strongly corrosive molten carbonate at 650$^{\circ}C$ have many problem. Systematic investigation on corrosion behavior of Fe/20Cr/Ti alloys has been done in (62+38)mol% (Li+K)CO$_3$ melt at 923K by using steady state polarization and electrochemical impedance spectroscopy method. And, The research and development for the solid oxide fuel cell have been promoted rapidly and extensively in recent years, because of their high efficiency and future potential. Therefore this paper describes the manufacturing method and characteristics of anode electrode for SOFC, by the way, Ni-YSZ materials are used as anode of SOFC widely. So in this experiments, we investigated the optimum content of Ni, by the impedance characteristics, overvoltage. As a result, the performance of Ni-YSZ anode(47vo1%) was bettor excellent than the others.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.07a
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pp.927-933
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2000
The molten carbonate fuel cell has conspicuous feature and high potential in being used as an energy converter of various fuel to electricity and heat. However, the MCFC which use strongly corrosive molten carbonate at 650$^{\circ}C$ have many problem. Systematic investigation on corrosion behavior of Fe/20Cr/Ti alloys has been done in (62+38)mol% (Li+K)CO3 melt at 923K by using steady state polarization and electrochemical impedance spectroscopy method. And, The research and development for the solid oxide fuel cell have been promoted rapidly and extensively in recent years, because of their high efficiency and future potential. Therefore this paper describes the manufacturing method and characteristics of anode electrode for SOFC, by the way , Ni-YSZ materials are used as anode of SOFC widely. So in this experiments, we investigated the optimum content of Ni, by the impedance characteristics, overvoltage. As a results, the performance of Ni-YSZ anode(40vo1%) was better excellent than the others.
So Yeon Shin;Dae-Kwang Lim;Taehee Lee;Sang-Yun Jeon
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.2
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pp.145-151
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2023
Planer-type electrolyte substrates are often utilized for stack manufacturing of electrolyte-supported solid oxide fuel cells (ES-SOFCs) to fulfill necessary requirements such as a high mechanical strength and redox stability. This work did an electrochemical analysis of ES-SOFC with different NiO-YSZ anode thicknesses to find the optimal value for the high performance of the fuel cell. The cell resistivities were constant at anode thickness between 25-58 ㎛, but a thick anode (74 ㎛) caused a high electrode resistivity leading to a dramatic reduction in cell performance. A stability test was performed for 50 hours at 700℃, and the results showed a degradation rate of 0.3% per 1000 h by extrapolated fitting.
A modified two-point impedance spectroscopy technique exploits the geometric constriction between an electrolyte and a cathode with an emphasis on semispherical-shaped electrolytes. The spatial limitation in the electrolyte/electrode interface leads to local amplification of the electrochemical reaction occurring in the corresponding electrolyte/electrode region. The modified impedance spectroscopy was applied to electrical monitoring of a YSZ ($Y_2O_3$-stabilized $ZrO_2$)/SSC ($Sm_{0.5}Sr_{0.5}CoO_3$) system. The resolved bulk and interfacial component was numerically analyzed in combination with an equivalent circuit model. The effectiveness of the "spreading resistance" concept is validated by analysis of the electrode polarization in the cathode materials of solid oxide fuel cells.
Recently, thin film processes for oxides and metal deposition, such as physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD), have been widely adapted to fabricate solid oxide fuel cells (SOFCs). In this paper, we presented two research area of the use of such techniques. Gadolinium doped ceria (GDC) showed high ionic conductivity and could guarantee operation at low temperature. But the electron conductivity at low oxygen partial pressure and the weak mechanical property have been significant problems. To solve these issues, we coated GDC electrolyte with a nano scale yittria-doped stabilized zirconium (YSZ) layer via atomic layer deposition (ALD). We expected that the thin YSZ layer could have functions of electron blocking and preventing ceria from the reduction atmosphere. Yittria-doped barium zirconium (BYZ) has several orders higher proton conductivity than oxide ion conductor as YSZ and also has relatively high chemical stability. The fabrication processes of BYZ is very sophisticated, especially the synthesis of thin-film BYZ. We discussed the detailed fabrication processes of BYZ as well as the deposition of electrode. This paper discusses possible cell structure and process flow to accommodate such films.
In order to fabricate a highly performing cathode for low-temperature type solid oxide fuel cells working at below $700^{\circ}C$, electrode microstructure control and electrode polarization measurement were performed with an electronic conductor, $La_{0.8}Sr_{0.2}MnO_3$ (LSM) and a mixed conductor, $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3$(LSCF). For both cathode materials, when $Sm_{0.2}Ce_{0.8}O_2$ (SDC) buffer layer was formed between the cathode and yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte, interfacial reaction products were effectively prevented at the high temperature of cathode sintering and the electrode polarization was also reduced. Moreover, cathode polarization was greatly reduced by applying the SDC sol-gel coating on the cathode pore surface, which can increase triple phase boundary from the electrolyte interface to the electrode surface. For the LSCF cathode with the SDC buffer layer and modified by the SDC sol-gel coating on the cathode pore surface, the cathode resistance was as low as 0.11 ${\Omega}{\cdot}cm^2$ measured at $700^{\circ}C$ in air atmosphere.
Electron beam physical vapor deposition (EB-PVD) process has currently been applied to thermal barrier coatings (TBCs) for aircraft engines. Due to unique columnar structure, EB-PVD TBCs have advantages in resistances to thermal shock and thermal cycle for their applications, compared to films prepared by plasma spray By the EB-PVD equipment, we successfully obtained yttria-stabilized zirconia (YSZ) layer which has columnar and feather like structure including a large amount of nano size pores and gaps. The EB-PVD technique has been developed for coating functional perovskite type oxides such as (La, Sr)MnO3. Electrode properties have been improved by interface and structural control.
Plasma spray processes for functional coatings of tubular SOFC ( Soild oxide Fuel Cell).consisting of air electrode, oxide electrolyte, an fuel electrode, are optimized by fully saturated fractional factorial testing. Material and electric characteristics of each coating are analtsed by the implementation of SEM and optical microscope for evaluating microstructure and porosity, X-ray diffraction method for investigating compositional change between raw powder and sprayed coating, and Van der Pauw method for measuring electrical conductivity. LSM ($La_{0.65}Sr_{0.35}MnO_3$air electrode and Ni-YSL fuel electrode coatings have porosities of around 23~30% sufficient for effective fuel and oxidant gas supply to electrochemical reaction interfaces and electrical conductivities of around 90 S/cm and 1000 S/cm, respectively, enough for acting as current collecting electrodes. YSZ($ZrO_2-8mol%Y_2O_3$) electrolyte film has a high ionic conductivities of 0.05~0.07 S/cm at $1000^{\circ}C$ in air atmosphere, but appears to be somewhat too porous to reduce the thickness. for enhancing the cell efficiency. A unit tubular SOFC has beem fabricated by the optimized plasma spray processes for each functional coating and the cell. Its electrochemical chracteristics are investigated by measuring voltage-current and power density with variation of operationg temperature, radio of fuel to air gas flowrates, and total gas flowrate of reactants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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