Celdas de combustible de óxido sólido soportadas en ánodo con un ánodo de NiO-ScSZ dopado con BiO y electrolito de ScSZ: co-sinterización a baja temperatura y alto rendimiento
Autores: Peng, Shang; Liu, Zhao; Xiaokaiti, Pairuzha; Fang, Tiancheng; Wang, Jiwei; Guan, Guoqing; Abudula, Abuliti
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, se fabricó con éxito una nueva celda de combustible de óxido sólido (SOFC) soportada por ánodo, que comprende un ánodo de NiO-ScSZ dopado con BiO y un electrolito de ScSZ, a través de un proceso de co-sinterización a baja temperatura a 1300 grados C. La incorporación del 3% en peso de BiO promovió eficazmente la sinterización tanto del soporte del ánodo como de la capa del electrolito, resultando en un electrolito denso y hermético al gas y un soporte de ánodo poroso mecánicamente robusto. Los análisis de difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmaron la formación de ScSZ puro en fase y altamente cristalino con una microestructura optimizada. Las mediciones de rendimiento electroquímico demostraron que las celdas fabricadas lograron una excelente densidad de potencia, alcanzando un valor máximo de 0.861 W cm a 800 grados C bajo condiciones de combustible de hidrógeno humidificado. Las celdas mantuvieron un rendimiento estable bajo operación con metano seco, con una densidad de potencia máxima de 0.624 W cm a 800 grados C, lo que indica resistencia a la deposición de carbono. Los análisis cromatográficos de gases revelaron además que el ánodo de NiO-ScSZ dopado con BiO facilitó una oxidación electroquímica más temprana y estable de especies derivadas del metano en comparación con el sistema convencional NiO-YSZ, incluso bajo condiciones de presión parcial de metano elevada. Estos hallazgos demuestran que la co-dopación con BiO, combinada con la co-sinterización a baja temperatura, proporciona un enfoque efectivo para fabricar SOFCs de alto rendimiento a temperatura intermedia con una integridad estructural mejorada y estabilidad electroquímica. La metodología desarrollada presenta un camino prometedor hacia la consecución de tecnologías de SOFC rentables y duraderas.
Descripción
En este estudio, se fabricó con éxito una nueva celda de combustible de óxido sólido (SOFC) soportada por ánodo, que comprende un ánodo de NiO-ScSZ dopado con BiO y un electrolito de ScSZ, a través de un proceso de co-sinterización a baja temperatura a 1300 grados C. La incorporación del 3% en peso de BiO promovió eficazmente la sinterización tanto del soporte del ánodo como de la capa del electrolito, resultando en un electrolito denso y hermético al gas y un soporte de ánodo poroso mecánicamente robusto. Los análisis de difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmaron la formación de ScSZ puro en fase y altamente cristalino con una microestructura optimizada. Las mediciones de rendimiento electroquímico demostraron que las celdas fabricadas lograron una excelente densidad de potencia, alcanzando un valor máximo de 0.861 W cm a 800 grados C bajo condiciones de combustible de hidrógeno humidificado. Las celdas mantuvieron un rendimiento estable bajo operación con metano seco, con una densidad de potencia máxima de 0.624 W cm a 800 grados C, lo que indica resistencia a la deposición de carbono. Los análisis cromatográficos de gases revelaron además que el ánodo de NiO-ScSZ dopado con BiO facilitó una oxidación electroquímica más temprana y estable de especies derivadas del metano en comparación con el sistema convencional NiO-YSZ, incluso bajo condiciones de presión parcial de metano elevada. Estos hallazgos demuestran que la co-dopación con BiO, combinada con la co-sinterización a baja temperatura, proporciona un enfoque efectivo para fabricar SOFCs de alto rendimiento a temperatura intermedia con una integridad estructural mejorada y estabilidad electroquímica. La metodología desarrollada presenta un camino prometedor hacia la consecución de tecnologías de SOFC rentables y duraderas.