Technological aspects of solid oxide fuel cells with scandia-stabilized zirconia electrolyte

Abstract

It is the aim of the present work to address some of the aspects of optimized technological approach of manufacturing planar anode-bearing solid oxide fuel cells based on detailed investigation of such effects as electrolyte microcracking and degradation, taking into account weakening of its grain boundaries due to impurity segregation during SOFC operation. The combination of electron microscopy research with model calculations permits both the specific energy of new surface creation in the electrolyte and critical parameters of the microcracking process to be determined. The accounting of segregation behavior features allows one to control electrolyte brittleness by using of optimal heat treatment regimes.

Розглядаються технологічні засади оптимізації виробництва пласких твердооксидних паливних комірок з несучим анодом на базі оксиду цирконію з добавками оксиду скандію. Наведено результати дослідження мікророзтріскування електроліту згаданого складу, що напилений електронно-променевим способом. При цьому береться до уваги ефект послаблення границь зерен внаслідок виникнення сегрегації домішкових атомів. Питома енергія створення нових поверхонь в електроліті та критичні параметри процесу його мікророзтріскування були визначені за допомогою комбінації електронно-мікроскопічних досліджень з модельними розрахунками. Врахування особливостей поведінки зернограничної сегрегації домішок дозволяє керувати крихкістю електроліту за допомогою використання оптимальних режимів термічної обробки.

Рассматриваются технологические основы разработки плоских твердооксидных топливных элементов с несущим анодом на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом скандия. Приведены результаты микрорастрескивания электролита, полученного электронно-лучевым напылением. При этом принимается во внимание эффект ослабления границ зерен вследствие сегрегации примесных атомов. С использованием комбинации электронной микроскопии с модельными расчетами определены удельная энергия образования новой поверхности в электролите и критические параметры его микрорастрескивания. Учет особенностей поведения зернограничной сегрегации примесей позволяет контролировать степень хрупкости электролита путем оптимизации режимов термической обработки.