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Caracterização de vidros niobofosfatos para aplicação em selagem em célula a combústivel de óxido sólido; Characterization of niobophosphate glasses for solid oxide fuel cell (SOFC) sealing

Rogério, Ademilson
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 16/03/2010 PT
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37.934827%
Células a combustível de óxido sólido são sistemas capazes de gerar energia elétrica por meio da oxidação de moléculas hidrogenadas. Normalmente os sistemas planares e tubulares, são compostos por quatro constituintes bem definidos: cátodo, ânodo, eletrólito e selante. Este último componente é o foco do presente estudo, sendo que suas principais características são estabilidade química na temperatura de operação da célula, isolamento elétrico e coeficiente de expansão térmica compatível com os outros constituintes, além da viscosidade elevada e resistência química em atmosferas oxidantes e redutoras. Devido à geometria planar e de multicamadas da célula se optou por usar como selante vidros niobofosfatos. A selagem foi realizada a partir de dispersão de pó de vidro em álcool etílico, gerando uma solução viscosa que foi aplicada sobre o substrato. Posteriormente realizou se um tratamento térmico para a consolidação do selamento. Os vidros estudados foram denominados de Nb30, Nb37, Nb40 e Nb44, de acordo com o teor nominal de óxido de nióbio utilizado na composição. O objetivo desse trabalho foi caracterizar, a partir de precursores os selantes a base de vidros niobofosfatos para aplicar em células a combustível de óxido sólido do tipo planar. Foram feitos caracterizações dos pós dos vidros e de pastilhas cristalizadas para determinar os coeficientes de expansão térmica (CET)...

Obtenção de cerâmicas de céria-samária-gadolínia para aplicação como eletrólito em células a combustível de óxido sólido (SOFC); Obtaining of ceria - samaria - gadolinia ceramics for application as solid oxide fuel cell (SOFC) electrolyte

Arakaki, Alexander Rodrigo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 23/02/2010 PT
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37.77178%
O óxido de cério (CeO2), quando dopado com óxidos de terras raras, tem sua condutividade iônica aumentada, possibilitando seu uso como eletrólito de Células a Combustível de Óxido Sólido de Temperatura Intermediária (IT-SOFC), que são operadas entre 500 e 700°C. Os aditivos ou dopantes mais eficientes para o aumento da condutividade iônica são a samária (óxido de samário Sm2O3) e a gadolínia (óxido de gadolínio Gd2O3), com concentrações molares entre 10 e 20%. Neste contexto foram sintetizados, neste trabalho, pós de composição Ce0,8(SmGd)0,2O1,9 pelas rotas de síntese por coprecipitação de hidróxidos, carbonatos e oxalatos. O efeito do tratamento hidrotérmico foi avaliado para pós precipitados com hidróxido de amônio. Utilizou-se, como matériasprimas, concentrados de terras raras contendo 90% em massa de CeO2 e outro contendo 51% de Sm2O3 e 30% de Gd2O3, ambos provenientes do processamento da monazita. Estes concentrados foram utilizados devido ao menor custo em relação às matérias-primas puras adquiridas comercialmente e a semelhança química dos demais elementos de terras raras contidos. Inicialmente, foram definidas as condições das etapas de coprecipitação e a influência da temperatura de calcinação nas características dos pós e produtos sinterizados. Os resultados obtidos mostraram que os pós calcinados na faixa de temperatura entre 450 e 800ºC apresentam elevada área de superfície específica (90-150 m2.g-1) e estrutura cristalina cúbica tipo fluorita da céria...

Desenvolvimento de catalisadores de Rh/Ni/YSZ e Ru/Ni/YSZ para a reforma interna de etanol em ânodos de células a combustível de óxido sólido; Development of Rh/Ni/YSZ and Ru/Ni/YSZ for the ethanol steam reforming in anode of solid fuel cells

Oliveira, Drielly Cristina de
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 18/09/2012 PT
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27.892292%
Neste trabalho, investigou-se a atividade catalítica de materiais a base de Ni/YSZ modificados com Rh ou Ru a 0,5%, 1% e 3%, para a reforma a vapor de etanol (RVE) e seus desempenhos como eletrocatalisadores em células a combustível de óxido sólido (SOFCs - Solid Oxide Fuel Cell). Os catalisadores foram preparados pelo método Pechini e de impregnação. A caracterização estrutural foi realizada utilizando-se as técnicas de Energia Dispersiva de Raios X, Difratometria de Raios X, Redução à Temperatura Programada, Fisissorção de Nitrogênio, Microscopia Eletrônica de Varredura e Análise Elementar. Os testes catalíticos foram realizados a 700 e 900 °C, em uma linha de reação acoplada a um cromatógrafo a gás para o monitoramento dos produtos reacionais gasosos. Os produtos líquidos resultantes da RVE foram analisados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). O objetivo principal foi correlacionar a estrutura e a composição destes materiais com a produção de H2, distribuição de outros produtos reacionais e formação de depósitos de carbono. Os resultados obtidos mostraram que a incorporação de Rh ou Ru no catalisador de Ni/YSZ não resultou em mudanças significativas na estrutura e atividade catalítica...

Síntese e caracterização de pós de silicato de lantânio tipo apatita para eletrólito em SOFC; Synthesis and characterization of lanthanum silicate apatite type powders for SOFC electrolyte

Elias, Daniel Ricco
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 24/01/2014 PT
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37.77178%
A temperatura de operação de células a combustível de óxido sólido (SOFCs) que utilizam zirconia estabilizada com itria (YSZ) como eletrólito é 1000 oC. Essa alta temperatura gera graves problemas relativos a materiais e vida util da célula. Por isso, condutores iônicos que possuem alta condutividade em temperaturas inferiores são pesquisados atualmente. Estudos mostraram que La10Si6O27 tipo apatita possui alta condutividade iônica de oxigenio, que é comparativamente maior que a de YSZ, a 500 oC, sendo, portanto, um potencial candidato como eletrólito para SOFC. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de técnicas de síntese de silicato de lantânio tipo apatita. Rotas inéditas de solgel modificada para sintetizar La9,33Si6O26 são propostas. Volumes estequiométricos de soluções de Na2SiO3 e LaCl3 foram misturados para a formação de gel de Si. Em seguida este gel foi calcinado a 900 °C, lavado, filtrado e tratado novamente a 900 °C. Em outra rota, volumes estequiométricos de soluções de Si (Na2SiO3 ou TEOS) e de La (LaCl3) foram utilizados para obtenção de gel de Si. Em seguida, hidróxido de La foi precipitado pela adição de uma base (NaOH ou NH4OH) ao gel. O material resultante foi calcinado a 900 °C...

Desenvolvimento de selantes vitrocerâmicos para uso em SOFC pertencentes ao sistema BAS (BaO-Al203-SiO2) modificados com B2O3; Development of glass ceramic sealants for use in SOFC belonging to BAS (BaO-Al2O3-SiO2) system modified with B2O3

Silva, Maviael José da
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 25/09/2014 PT
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37.934827%
O desenho planar para as células a Combustível de Óxido Sólido (SOFC) é melhor do que o tubular devido a sua maior densidade de corrente e menor custo de fabricação. No entanto, o projeto de SOFC planar requer selantes para evitar o vazamento de combustível e a mistura de gases em altas temperaturas. Os vidros e os vitrocerâmicos têm demonstrado serem os mais adequados por apresentarem boa compatibilidade com outros componentes da célula nas temperaturas de trabalho das SOFCs (700-1000°C). No presente estudo, uma série de composições pertencentes ao sistema BaO-Al2O3-SiO2 (BAS) com a adição de B2O3 foram sintetizados tomando as proporções apropriadas de cada óxido constituinte. Propôs-se melhorar este sistema utilizando-se formadores e teores relevantes de modificadores estruturais, de forma a compatibilizar tanto o desempenho térmico por meio do coeficiente de expansão térmica (CET) como a compatibilidade química com os demais componentes da célula. A originalidade deste estudo está na busca destas características em regiões de composições ainda não exploradas, localizadas dentro do triangulo de compatibilidade BS-B2S-BAS2 na região rica em bário do sistema ternário. Entre estes vidros sintetizados quatro composições (BAS-4...

Síntese de manganita dopada com estrôncio e cobaltita dopada com antimônio e caracterização microestrutural

Tarragó, Diego Pereira
Fonte: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Publicador: Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Tipo: Dissertação Formato: application/pdf
POR
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28.045054%
A grande variedade de propriedades dos óxidos com estrutura perovskita permite sua aplicação em diversas áreas da tecnologia. Em especial, as propriedades eletroquímicas e a estabilidade térmica de alguns destes compostos faz destes materiais os mais usados em cátodos de dispositivos para geração de energia como as células a combustível de óxido sólido (SOFC). As SOFC são dispositivos que podem atingir altas eficiências na conversão de energia elétrica e são passíveis de utilização na geração de energia sustentável e distribuída. Para estas células, as perovskitas compostas de manganita de lantânio dopada com estrôncio (LSM) preenche a maioria dos requisitos para aplicação como cátodos da SOFC. Nas células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (IT-SOFC) há a possibilidade de construir a célula com filmes finos dos materiais cerâmicos suportados em um interconector metálico. No entanto, para os cátodos das IT-SOFC as manganitas não possuem bom desempenho eletroquímico devido à menor temperatura de operação do dispositivo, sendo necessário o desenvolvimento de condutores mistos para aumentar os sítios reativos para reação de redução do O2. Assim, o desenvolvimento de cátodos utilizando a perovskita cobaltita de estrôncio dopada com antimônio (SCS) tem sido proposto para esta aplicação. Portanto...

Síntese e caracterização de NiO-CGO para anodo e eletrólitos sólidos e base de Céria para SOFC

Cella, Beatriz
Fonte: Universidade Federal do Rio Grande do Norte; BR; UFRN; Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais; Processamento de Materiais a partir do Pó; Polímeros e Compósitos; Processamento de Materiais a part Publicador: Universidade Federal do Rio Grande do Norte; BR; UFRN; Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais; Processamento de Materiais a partir do Pó; Polímeros e Compósitos; Processamento de Materiais a part
Tipo: Dissertação Formato: application/pdf
POR
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38.079756%
The direct use of natural gas makes the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) potentially more competitive with the current energy conversions technologies. The Intermediate Temperature SOFC (IT-SOFC) offer several advantages over the High Temperature SOFC (HT-SOFC), which includes better thermal compatibility among components, fast start with lower energy consumption, manufacture and operation cost reduction. The CeO2 based materials are alternatives to the Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) to application in SOFC, as they have higher ionic conductivity and less ohmic losses comparing to YSZ, and they can operate at lower temperatures (500-800°C). Ceria has been doped with a variety of cations, although, the Gd3+ has the ionic radius closest to the ideal one to form solid solution. These electrolytes based in ceria require special electrodes with a higher performance and chemical and termomechanical compatibility. In this work compounds of gadolinia-doped ceria, Ce1-xGdxO2-δ (x = 0,1; 0,2 and 0,3), used as electrolytes, were synthesized by polymeric precursors method, Pechini, as well as the composite material NiO - Ce0,9Gd0,1O1,95, used as anode, also attained by oxide mixture method, mixturing the powders of the both phases calcinated already. The materials were characterized by X ray diffraction...

SOFC in brief

MALKOW THOMAS
Fonte: Springer Science+Business Media, B.V. Publicador: Springer Science+Business Media, B.V.
Tipo: Articles in books Formato: Printed
ENG
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27.77178%
The solid oxide fuel cell (SOFC) has existed for almost 100 years. The research on SOFC started as early as the 1930s, with the most prominent work of Baur and his colleagues particularly driven by the discovery of appreciable ionic conductivity of the so called Nernst mass ¿ doped zirconia. However, this type of fuel cell only obtained strong interest from the 1970s. It seemingly holds potential for electrical efficiencies as high as 55%; up to 70% and 90% in hybrid configuration with gas turbines and combined heat & power (CHP) generation, respectively. The SOFC has the potential for application in transportation, too, for example, in vehicular auxiliary power units (APU). Current SOFC technology demonstrates viable manufacture, feasible power ranges and applications. This has been accompanied by developments of new concepts, cell and stack designs, advanced and cost effective processing methods and improved and novel materials. The SOFC, like other fuel cells, is an electrochemical device for the conversion of chemical energy of a fuel into electricity and heat.; JRC.F.2-Cleaner energies

A Diesel-Fuelled Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) 1 kW Generator: System and Component Studies

Dhingra, HARSH
Fonte: Quens University Publicador: Quens University
Tipo: Tese de Doutorado
EN; EN
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37.558567%
A steady-state simulation of a diesel-fuelled SOFC system was developed using a process simulation software package (VMGSim). The system was studied by conducting a sensitivity analysis of six independent variables (steam to carbon ratio, oxygen to carbon ratio, fuel utilization, air utilization, reformer pre-heater approach temperature and cathode temperature to the SOFC) and their effect on three response variables (net system efficiency, stack efficiency, system exhaust temperature). The steam to carbon ratio, fuel utilization and air utilization were the most influential independent variables and thus affected the greatest change in the performance metrics. Secondly, a multi-variable study was carried out on the most influential variables and constrained optima for the efficiencies (45% net system, 47% stack) and system exhaust temperature (78 degrees Celsius) were obtained. For the second part of this work, a steam reforming heat-exchange reactor was modeled using COMSOL. The reactor performance was assessed on the basis of selectivity and residence time for a given conversion. Both the kinetic models of Parmar et al. (2010) and Shi et al. (2009) for catalytic diesel steam reforming were applied and compared. Differences in performance were attributed to differences in the catalyst support and the reaction mechanisms used for deriving the reforming rate expressions. Finally...

System and Component Analysis of a 1kW Diesel fuelled SOFC system

Khan, YASIR
Fonte: Quens University Publicador: Quens University
Tipo: Tese de Doutorado
EN; EN
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37.37581%
The first part of this thesis intends to create a fuel processor model capable of generating 1kW power as output through the use of a solid oxide fuel cell system. The fuel processor system consists of a reformer, heat exchanger network, desulphurizer and an afterburner. Modelled in VMGSimTM, inlet diesel gas is provided at the mass flow rate of 0.2596kg/hour, with the oxygen to carbon ratio calculated at 0.31 and the steam to carbon ratio arbitrarily set to be 2.25. The diesel fuel is preheated and mixed with air and steam and then fed to the auto-thermal reformer. The higher hydrocarbons are broken down and converted into hydrogen. The outlet of the reformer is fed into the SOFC where H2 is converted to generate energy which, in this case is approximately 1200W. The off gas is fed to the afterburner; where the remaining H2 is burnt and the energy is used to provide for steam generation and pre-heating through the heat exchangers. The project also focuses upon performing basic sizing calculations on components of the system. The fuel cell efficiency was found to be 62% and the system efficiency was calculated to be approximately 41%, which falls within the range given in literature. For the second part of this work, a ceramic porous tail-gas burner using a non-premixed feed of anode exhaust and air was modeled using COMSOL™. The reaction kinetics were experimentally assessed on the basis of COMSOL™ limitations and accuracy of the comparative results. Three performance metrics were evaluated in the analysis: i) velocity profile...

The study of the performance of Ni/CeGd SOFC anode on the steam reforming of ethanol

Silva, Adriana Maria da; Costa, Lídia Oazem de Oliveira da; Noronha, Fábio Bellot; Mattos, Lisiane Veiga
Fonte: Instituto Nacional de Tecnologia Publicador: Instituto Nacional de Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
EN
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37.934827%
The bio-ethanol can be directly used as fuel instead of H2 and CO in solid oxide fuel cells (SOFC) to energy generation. In these systems, the bio-ethanol is feed straight to the anode side of SOFC. The direct utilization of bio-ethanol in SOFC has been considered as a promising technology, since the H2 consumption by the electrochemical reaction could directly promote the conversion of ethanol at the anode side [1]. Furthermore, bio-ethanol can be produced from biomass, which does not contribute to CO2 emissions. In countries like Brazil and USA, the ethanol production and distribution infrastructure are already established. The Ni/YSZ is typically used as anode for SOFC systems. However, in order to reach the percolation threshold for electronic conductivity, a high Ni content (at least 30 vol. %) is necessary, which favors the carbon formation. Carbon deposits on metal sites of anodes, resulting in the rapid degradation of the cell performance. An interesting approach for suppressing carbon deposition of SOFC running on ethanol involves the use of ceria based oxide, such as gadolinium doped ceria (CeGd) in the composition of SOFC anodes. Ceria exhibits a mixed ionic and electronic conductivity due to the reduction of Ce4+ to Ce3+. In addition...

The study of the catalytic performance of Ni/CeGd SOFC anodes with low Ni content for reforming of ethanol

Noronha, Fábio Bellot; Costa, Lídia Oazem de Oliveira da; Augusto, Bruno L.; Mattos, Lisiane Veiga; Reis, Ranielly C.; Colman, Rita de Cássia
Fonte: Instituto Nacional de Tecnologia Publicador: Instituto Nacional de Tecnologia
Tipo: apresentação
EN
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37.839385%
Escocia.; The direct utilization of ethanol instead of H2 and CO in solid oxide fuel cells (SOFC) to energy generation has been considered as a promising technology, since the H2 consumption by the electrochemical reaction could directly promote the conversion of ethanol at the anode side [1]. Ni supported on YSZ is typically used as anode of SOFC. However, in order to reach the percolation threshold for electronic conductivity, a high Ni content (40-70 vol. %) is required, which favors the carbon formation. The carbon deposits on metal sites of anodes, resulting in the rapid degradation of the cell performance. Different approaches have been proposed for suppressing carbon deposition over SOFC such as: (i) the addition of water to the feed [2]; (ii) the use of ceria based oxide in the composition of SOFC anodes [3]; (iii) the ensemble size control [4,5]. Some authors [4] showed that the conductivity of anodes with low Ni content (14 vol %) under H2 prepared by alternative methods (net shape procedure) was similar to the conductivity of the cermet with 35 vol % of Ni prepared by a conventional technique. According to them, the Ni anode prepared by the alternative methods exhibited unique properties and does not follow percolation theory. In addition...

SOFC mini-tubulares basadas en YSZ; Mini-tubular YSZ based SOFC

Campana, R.; Larrea, A.; Merino, R. I.; Villareal, I.; Orera, V. M.
Fonte: Sociedad Española de Cerámica y Vidrio Publicador: Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
Tipo: Artículo Formato: 1258577 bytes; application/pdf
SPA
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27.892292%
[ES] La principal ventaja de las SOFC tubulares frente a las planares es el sellado de la cámara anódica y catódica a bajas temperaturas. Además la densidad de energía volumétrica de las pilas tubulares es inversamente proporcional al diámetro del tubo, que añadido a los tiempos cortos de encendido y apagado hacen que las mini-tubulares sean interesantes para usos de baja potencia. Se han fabricado y caracterizado SOFC tubulares soportadas en ánodo de 3mm de diámetro y de 150 mm de longitud, 400μm de espesor, con electrolito de YSZ depositado por spray de 15-20 μm. Los tubos de NiO-YSZ son producidos por prensado isostático. La caracterización eléctrica se ha realizado empleando H2-Ar como combustible anódico (5, 10, 100%vol) y aire para el cátodo. Los cátodos empleados son pintura de Pt o capas de LSF (con YSZ o SDC) de entre 20-50μm. Los OCV medidos ajustan con la predicción prevista de la ley de Nernst lo que indica que las capas de YSZ son estancas al paso de gas. Las curvas I-V muestran una corriente eléctrica máxima próxima a 500mW/cm2 operando a 850ºC. También se han realizado medidas de impedancia compleja para determinar la resistencia de los diversos componentes de la pila.; [EN] Tubular SOFC have the advantage over planar SOFC of the low temperature sealing and more resistance to thermal shock. On the other hand the volumetric power density of tubular Fuel Cells goes with the inverse of the tube diameter which added to the faster warm-up kinetics makes low diameter tubular SOFC favorable for low power applications. Anode supported tubular SOFC of 3mm diameter and 150 mm length with YSZ electrolyte were fabricated and tested by V-I measurements using H2-Ar (5...

Sellos vítreos y vitrocerámicos para pilas de combustible de óxido sólido (SOFC); Glass and glass-ceramic sealants for solid oxide fuel cells (SOFC)

Lara, C.; Pascual, M. J.; Durán, A.
Fonte: Sociedad Española de Cerámica y Vidrio Publicador: Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
Tipo: Artículo Formato: 369455 bytes; application/pdf
SPA
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37.969766%
[ES] Las pilas de combustible convierten continua y directamente la energía química de una reacción en energía eléctrica. Su construcción modular, ausencia de ruidos y vibraciones, flexibilidad de operación, baja contaminación y una eficiencia alta de transformación hace que estos equipos sean muy atractivos para el futuro del sector energético. Entre los distintos tipos de pilas de combustible en desarrollo destacan las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) de configuración plana. Estas operan a temperaturas en torno a 800ºC y son especialmente aconsejables para la producción de energía eléctrica en pequeñas unidades descentralizadas. Sin embargo, su precio no es todavía competitivo frente a las tecnologías convencionales debido a problemas de optimización de materiales. Uno de los retos importantes es la obtención de un material de sellado que permita la estanqueidad de las SOFCs a la temperatura de trabajo. Dados los requerimientos que debe cumplir el sello, el material más adecuado para esta aplicación es un vídrio o vitrocerámico. Este trabajo consiste en una revisión bibliográfica sobre los distintos sistemas vítreos y vitrocerámicos utilizados en la soldadura de SOFC, sus propiedades, las ventajas e inconvenientes de su uso como material sellante...

Sinterización de vidrios del sistema RO-BaO-SiO2 (R= Mg, Zn) para el sellado de SOFC; Sintering of glasses in the system RO-BaO-SiO2 (R= Mg, Zn) for sealing SOFC

Lara, C.; Pascual, M. J.; Durán, A.
Fonte: Sociedad Española de Cerámica y Vidrio Publicador: Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
Tipo: Artículo Formato: 1535859 bytes; application/pdf
SPA
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37.682368%
[ES] Los vidrios de composición molar 50SiO2•30BaO•20ZnO (Zn1.5-50), 55SiO2•27BaO•18ZnO (Zn1.5-55), y 55SiO2•27BaO•18MgO (Mg1.5-55) presentan buenas propiedades para su aplicación en el sellado de pilas de combustible de óxido sólido de configuración plana y temperatura de operación intermedia (850ºC) (IT-SOFC). El sellado debe producirse a través de la sinterización del polvo de vidrio, durante el arranque de la pila, a temperaturas entre 700 y 850ºC. El tratamiento posterior a la temperatura de operación da lugar a la cristalización de silicatos de bario con el consiguiente aumento de viscosidad y rigidez del sello. Este trabajo es un estudio del comportamiento de sinterización de estos vidrios utilizando diferentes velocidades de calentamiento y distribuciones de tamaño de partícula del polvo de vidrio, para la obtención final de sellos densos y homogéneos. Los vidrios Zn1.5-55 y Mg1.5-55 con un tamaño de partícula <63 μm y tratados a 2ºC/min alcanzan densidades finales superiores al 95%. Por otra parte, se ha demostrado el buen acuerdo entre las cinéticas de densificación obtenidas experimentalmente y las predichas por el modelo de sinterización de formación de Clusters en ausencia de cristalización concurrente.; [EN] Glasses of composition 50SiO2•30BaO•20ZnO...

Dynamic modeling and analysis of multiple SOFC system configurations

Slippey, Andrew J.
Fonte: Rochester Instituto de Tecnologia Publicador: Rochester Instituto de Tecnologia
Tipo: Tese de Doutorado
EN_US
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27.969766%
Solid oxide fuel cells (SOFC) are a variety of high temperature fuel cells with particular advantages such as fuel flexibility, internal fuel reforming capability, and combined heat and power (CHP) applications. To aid in the advancement of this technology, this work develops dynamic, computer-based, mathematical models of two SOFC configurations employing different SOFC and reformer technologies. Starting from an existing recirculation-based tubular SOFC system with a steam reformer, new component models are developed for a planar SOFC stack and a partial oxidation (POX) reformer. Both the new and existing component models were updated and improved by including new pressure dynamics and current distribution schemes. A structured method for model development and management through hierarchical libraries developed herein allows easy modification of the models on multiple levels for simulation of various SOFC system configurations. The pertinent physical phenomena are captured, including temperature, pressure, chemical, and electrochemical dynamics. Analysis of the simulation results provides insights into the varied time scales and lays the ground work for future development of hybrid control schemes. Simulation also shows the interconnection of individual physical phenomena...

Process parameter modeling for nanocrystalline ceria based thin films prepared via aerosol jet printing

Balasubramanian, Sundaresan
Fonte: Rochester Instituto de Tecnologia Publicador: Rochester Instituto de Tecnologia
Tipo: Tese de Doutorado
EN_US
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27.77178%
Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) are becoming a popular choice for meeting energy requirements of the present day due to their high efficiency and reformation capabilities. SOFCs are made of ceramic oxides with well-defined physical and thermal properties enabling a high operating temperature range (600-800°C). Efficiency of a SOFC is typically well represented by its output voltage. Resistances across various compo- nents of the SOFC viz. anode, electrolyte and cathode diminish the maximum output voltage thus directly affecting the efficiency of the fuel cell. Each of the layers in a SOFC has generic as well as specific re- quirements warranting specialized fabrication processes. While such processes are many in number, they face limitations on size of the particles usable for the process, cost, ability to create graded porosity, thick- ness, etc. The main thrust of this work is the employment of a novel direct-write tool, namely the Optomec Aerosol Jet deposition system for fabricating the electrolyte layer of a SOFC that addresses some of the practical limitations of traditional SOFC fabrication techniques. While Optomec's Aerosol Jet deposition technique has been employed in several applications including printed electronics, a structured approach to identifying process parameters for printing materials was not found in literature. This work identifies and models process parameters significant to the deposition of nano- crystalline ceria with thickness of the deposited layer as response variable through design of experiments. Initial feasibility tests determined printability of the test ink and established a working range for the desired process parameters under investigation. A full factorial design with five factors and two levels was executed as the screening design. Three of five factors were determined as significant from the screening experiments. A regression equation was generated with the three significant terms from screening. Validation runs exe- cuted indicated lack of curvature within the design space for the significant parameters. Coefficients of terms from the regression equation were updated after regression analysis of a higher order design of experiments with three levels and the three significant parameters from screening. The updated regression equation provides a model with a reduced standard error and better fit of residuals as compared to the model from screening. A brief study on drying methods post-deposition and its impact on the quality of the printed film is also presented in this work.

A Novel approach to engineering structures of a solid oxide fuel cell (SOFC): 3D direct write technology

Khatri-Chhetri, Prasanna
Fonte: Rochester Instituto de Tecnologia Publicador: Rochester Instituto de Tecnologia
Tipo: Tese de Doutorado
EN_US
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37.37581%
This thesis centers on the use of 3D direct write printing processes to produce Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) structures having engineered porosity and macro structure. The objective of the work presented here is to be able to locally control porosity in the anode and cathode structure using 3D direct write printing methods. It is well understood that grading the electrodes enhances the SOFC's performance. A hierarchically graded porous electrode structure, varying from smallest pores at the electrode/electrolyte interface to largest pores at electrode/gas interface can be printed via 3D direct write methods. Layers as thin as 15µm have been achieved using this process. The change in the degree of electrode porosity achieved by varying the graphite loading fraction has been experimentally mapped out. The feasibility of changing the composition/porosity within a layer has been demonstrated, which also opens up possibilities for varying chemical composition within a layer/plane. The second contribution of this work centers on the synthesis of a channeled electrode architecture aimed at producing structures with extremely low tortuosity. The proposed direct-write synthesis approach overcomes limitations of alternative approaches by allowing symmetric ribs and channels to be printed that balance out shrinkage stresses. The proposed channel architecture has been demonstrated...

Avances en el desarrollo y conocimiento del cátodo Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ para celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia IT-SOFC

Alvarado-Flores,J.; Ávalos-Rodríguez,L.
Fonte: Sociedad Mexicana de Física Publicador: Sociedad Mexicana de Física
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/10/2013 ES
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Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) convierten directamente la energía química de una reacción en electricidad de forma altamente eficiente. Actualmente, uno de los principales objetivos es reducir la temperatura de operación alrededor de los 500-800°C. De los beneficios obtenidos destacan la reducción de los problemas asociados con el sellado de la celda y la degradación térmica, lo que permite el uso de interconectores metálicos de bajo costo y suprimir las reacciones entre los componentes de la celda. Sin embargo, la actividad electroquímica del cátodo se deteriora drásticamente con la disminución de la temperatura por ejemplo en los electrodos base La0.8Sr0.2MnO3-δ. En este sentido, el cátodo se convierte en un factor limitante en la determinación del rendimiento total de la celda. Por lo tanto el desarrollo de nuevos electrodos con elevada actividad electrocatalítica para la reducción de oxígeno se convierte en una cuestión crítica para celdas SOFC de temperaturas intermedias (IT-SOFC). El óxido tipo perovskita Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ fue el primero reportado como material catódico con potencial aplicación en celdas IT-SOFC en el año 2004 por Shao y Haile. Después de eso, el cátodo BSCF ha atraído una considerable atención. En este artículo se examinan las investigaciones realizadas sobre el cátodo BSCF para celdas IT-SOFC. Se hace énfasis en el conocimiento y optimización de los materiales base BSCF. Se analizan las directrices en la búsqueda de la nueva generación de materiales catódicos para las celdas IT-SOFC.

Síntesis y caracterización de la doble perovskita BaSrCoFe1-xNi xO5.5 como cátodo para celdas SOFC

Alvarado-Flores,J.; Ávalos-Rodríguez,L.; Viramontes-Gamboa,G.; Reyes-Rojas,A.
Fonte: Sociedad Mexicana de Física Publicador: Sociedad Mexicana de Física
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/08/2013 ES
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Se han sintetizado a través del método sol-gel y caracterizado por difracción de rayos X (DRX), conductividad eléctrica y coeficiente de expansión térmica (TEC), nuevos compósitos del material BaSrCoFe1_xNi xO5.5 (tipo doble perovskita) con la adición de Ni en solución sólida Ni x (x = 0.025,0.05,0.075,0.1 y 0.2), como cátodos alternativos para celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia (SOFC-IT). Se confirma por DRX la formación de la fase perovskita de estructura tetragonal BaSrCoFe1_xNi xO5.5 con la presencia de pequeños máximos identificados en valores 2θ inferiores a 30° como BaCO3 y CoFe2O. La conductividad eléctrica aumenta con la temperatura entre 350-470°C y entonces disminuye debido a la pérdida de oxígeno en la red lo cual causa las diferencias en la conductividad. Se obtuvo un comportamiento semiconductor en todas las composiciones. La determinacioón del TEC, mostró una dependencia lineal inversamente proporcional a la concentración de Ni. Nuestros resultados de conductividad eléctrica y TEC nos conducen a la conclusión de que los cátodos entre 0.1 y 0.2 de Ni tienen la mayor posibilidad para aplicarse en las celdas SOFC-IT.