Регистрация / Вход
Прислать материал

Анализ вклада электродных процессов в структуру полного внутреннего сопротивления топливных элементов

Фамилия
Яловенко
Имя
Дмитрий
Отчество
Владимирович
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Материаловедения полупроводников и диэлектриков
Академическая группа
ММП-15-1
Научный руководитель
к.ф.-м.н., доцент Табачкова Н.Ю.; к.ф.-м.н. Бурмистров И.Н.
Название тезиса
Анализ вклада электродных процессов в структуру полного внутреннего сопротивления топливных элементов
Тезис

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) – это перспективные источники энергии, эффективно преобразующие химическую энергию топлива в электрическую и тепловую энергию. Одним из вариантов реализации ТОТЭ является электролит-поддерживающая конструкция, в которой мембрана твердого электролита несет на себе основные механические нагрузки и имеет наибольшую из компонентов ТОТЭ толщину. Для повышения эффективности работы ТОТЭ оба электрода состояли из двух слоев, отличающихся составом и микроструктурой. Прилегающий к несущему электролиту слой (функциональный) был оптимизирован для эффективного протекания окислительно-восстановительных реакций. В задачи внешнего (токосъемного) электродного слоя входили распределение газовых потоков реагентов и продуктов реакции, а также снижение слоевого сопротивления электронному току.

В предыдущих работах нами были представлены результаты оптимизации полного внутреннего сопротивления ТОТЭ при формировании электродной системы методами раздельного и совместного спекания. Последняя технология позволяет компенсировать механические напряжения, возникающие в мембранно-электродном блоке во время высокотемпературного отжига.

Данная работа посвящена анализу зависимости структуры вкладов во внутреннее сопротивление топливного элемента от состава и микроструктуры электродов ТОТЭ, а также оптимизации технологии изготовления ТОТЭ. На основе результатов испытания электрохимических характеристик ТОТЭ (измерение вольтамперных характеристик, годографов импедансных спектров) выявлены зависимости величины вкладов во внутреннее сопротивление, отвечающих различным процессам переноса и смены носителя заряда (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Импедансные спектры ТОТЭ

Благодаря анализу импедансных спектров были получены следующие результаты:

  1.  Определена оптимальная температура формирования электродной системы ТОТЭ.
  2.  Выявлены компоненты многослойной структуры, требующие дальнейшей оптимизации.
  3.  Оптимизированы электрохимические характеристики ТОТЭ (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Вольтамперные и мощностные характеристики ТОТЭ

Продолжение работы будет связано с оптимизацией микроструктуры и состава многослойных электродов с целью повышения плотности мощности, снимаемой с ТОТЭ.