Performance and Stability in H2S of SrFe0.75Mo0.25O3-δ as Electrode in Proton Ceramic Fuel Cells - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Performance and Stability in H2S of SrFe0.75Mo0.25O3-δ as Electrode in Proton Ceramic Fuel Cells

Abstrakt

The H2S-tolerance of SrFe0.75Mo0.25O3-δ (SFM) electrodes has been investigated in symmetric proton ceramic fuel cells (PCFC) with BaZr0.8Ce0.1Y0.1O3-δ (BZCY81) electrolyte. The ionic conductivity of the electrolyte under wet reducing conditions was found to be insignificantly affected in the presence of up to 5000 ppm H2S. The fuel cell exhibited an OCV of about 0.9 V at 700 °C, which dropped to about 0.6 V and 0.4 V upon exposure to 500 and 5000 ppm H2S, respectively, on the fuel side. Post characterization of the fuel cell revealed significant degradation of the anode in terms of microstructure and chemical composition due to formation of sulfides such as SrS, MoS2 and Fe3S4. Nevertheless, the fuel cell was still functional due to the sufficient electronic conductivity of some of these sulfides.

Cytowania

  • 3

    CrossRef

  • 4

    Web of Science

  • 4

    Scopus

Autorzy (4)

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY nr 38, strony 163 - 171,
ISSN: 0955-2219
Język:
angielski
Rok wydania:
2017
Opis bibliograficzny:
Wachowski S., Li Z., Polfus J., Norby T.: Performance and Stability in H2S of SrFe0.75Mo0.25O3-δ as Electrode in Proton Ceramic Fuel Cells// JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY. -Vol. 38, nr. 1 (2017), s.163-171
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.08.020
Bibliografia: test
  1. K.D. Kreuer, Fuel Cells: Selected Entries from the Encyclopedia of Sustainability Science and Technology, 2012. doi:10.1016/B978-044452745-5.00290-2. otwiera się w nowej karcie
  2. M. Ball, M. Wietschel, The future of hydrogen -opportunities and challenges☆, Int. J. Hydrogen Energy. 34 (2009) 615-627. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.11.014. otwiera się w nowej karcie
  3. J. Molenda, J. Kupecki, R. Baron, M. Blesznowski, G. Brus, T. Brylewski, M. Bucko, 18 otwiera się w nowej karcie
  4. J. Chmielowiec, K. Cwieka, M. Gazda, A. Gil, P. Jasinski, Z. Jaworski, J. Karczewski, M. Kawalec, R. Kluczowski, M. Krauz, F. Krok, B. Lukasik, M. Malys, A. Mazur, A. Mielewczyk-Gryn, J. Milewski, S. Molin, G. Mordarski, M. Mosialek, K. Motylinski, E.N. Naumovich, P. Nowak, G. Pasciak, P. Pianko-Oprych, D. Pomykalska, M. Rekas, A. Sciazko, K. Swierczek, J. Szmyd, S. Wachowski, T. Wejrzanowski, W. Wrobel, K.
  5. Zagorski, W. Zajac, A. Zurawska, Status report on high temperature fuel cells in Poland -Recent advances and achievements, Int. J. Hydrogen Energy. (2017). doi:10.1016/j.ijhydene.2016.12.087. otwiera się w nowej karcie
  6. Y. Shiratori, T. Ijichi, T. Oshima, K. Sasaki, Internal reforming SOFC running on biogas, Int. J. Hydrogen Energy. 35 (2010) 7905-7912. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.05.064. otwiera się w nowej karcie
  7. S. Rasi, A. Veijanen, J. Rintala, Trace compounds of biogas from different biogas production plants, Energy. 32 (2007) 1375-1380. doi:10.1016/j.energy.2006.10.018. otwiera się w nowej karcie
  8. N. Abatzoglou, S. Boivin, A review of biogas purification processes, Biofuels, Bioprod. Biorefining. 3 (2009) 42-71. doi:10.1002/bbb.117. otwiera się w nowej karcie
  9. A.M. Montebello, M. Fernández, F. Almenglo, M. Ramírez, D. Cantero, M. Baeza, D. Gabriel, Simultaneous methylmercaptan and hydrogen sulfide removal in the desulfurization of biogas in aerobic and anoxic biotrickling filters, Chem. Eng. J. 200- 202 (2012) 237-246. doi:10.1016/j.cej.2012.06.043. otwiera się w nowej karcie
  10. R.A. Pandey, S. Malhotra, Desulfurization of Gaseous Fuels with Recovery of Elemental Sulfur: An Overview, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 29 (1999) 229-268. doi:10.1080/10643389991259236. otwiera się w nowej karcie
  11. WHO World Health Organization, WHO Regional Publications, European Series; No. 91: Air quality guidelines for Europe, 2000. doi:10.1007/BF02986808. otwiera się w nowej karcie
  12. M. Arnold, Reduction and monitoring of biogas trace compounds, Espoo, 2009. http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2009/T2496.pdf. otwiera się w nowej karcie
  13. J.P. Trembly, A.I. Marquez, T.R. Ohrn, D.J. Bayless, Effects of coal syngas and H2S on the performance of solid oxide fuel cells: Single-cell tests, J. Power Sources. 158 (2006) 263-273. doi:10.1016/j.jpowsour.2005.09.055. otwiera się w nowej karcie
  14. S. Zha, Z. Cheng, M. Liu, Sulfur Poisoning and Regeneration of Ni-Based Anodes in Solid Oxide Fuel Cells, J. Electrochem. Soc. 154 (2007) B201. doi:10.1149/1.2404779. 19 otwiera się w nowej karcie
  15. Y. Matsuzaki, The poisoning effect of sulfur-containing impurity gas on a SOFC anode: Part I. Dependence on temperature, time, and impurity concentration, Solid State Ionics. 132 (2000) 261-269. doi:10.1016/S0167-2738(00)00653-6. otwiera się w nowej karcie
  16. Z. Cheng, M. Liu, Characterization of sulfur poisoning of Ni-YSZ anodes for solid oxide fuel cells using in situ Raman microspectroscopy, Solid State Ionics. 178 (2007) 925-935. doi:10.1016/j.ssi.2007.04.004. otwiera się w nowej karcie
  17. S. Hernández, L. Solarino, G. Orsello, N. Russo, D. Fino, G. Saracco, V. Specchia, Desulfurization processes for fuel cells systems, Int. J. Hydrogen Energy. 33 (2008) 3209-3214. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.01.047. otwiera się w nowej karcie
  18. D. Mescia, S.P. Hernández, A. Conoci, N. Russo, MSW landfill biogas desulfurization, Int. J. Hydrogen Energy. 36 (2011) 7884-7890. doi:10.1016/j.ijhydene.2011.01.057. otwiera się w nowej karcie
  19. L. Barelli, G. Bidini, F. Gallorini, S. Servili, Hydrogen production through sorption- enhanced steam methane reforming and membrane technology: A review, Energy. 33 (2008) 554-570. doi:10.1016/j.energy.2007.10.018. otwiera się w nowej karcie
  20. M. Komiyama, T. Misonou, S. Takeuchi, K. Umetsu, J. Takahashi, Biogas as a reproducible energy source: Its steam reforming for electricity generation and for farm machine fuel, Int. Congr. Ser. 1293 (2006) 234-237. doi:10.1016/j.ics.2006.03.008. otwiera się w nowej karcie
  21. J. Van herle, F. Maréchal, S. Leuenberger, Y. Membrez, O. Bucheli, D. Favrat, Process flow model of solid oxide fuel cell system supplied with sewage biogas, J. Power Sources. 131 (2004) 127-141. doi:10.1016/j.jpowsour.2004.01.013. otwiera się w nowej karcie
  22. S. Wang, G.Q. Lu, G.J. Millar, Carbon Dioxide Reforming of Methane To Produce Synthesis Gas over Metal-Supported Catalysts: State of the Art, Energy & Fuels. 10 (1996) 896-904. doi:10.1021/ef950227t. otwiera się w nowej karcie
  23. J. Xuan, M.K.H. Leung, D.Y.C. Leung, M. Ni, A review of biomass-derived fuel processors for fuel cell systems, Renew. Sustain. Energy Rev. 13 (2009) 1301-1313. doi:10.1016/j.rser.2008.09.027. otwiera się w nowej karcie
  24. J. Van herle, Y. Membrez, O. Bucheli, Biogas as a fuel source for SOFC co-generators, J. Power Sources. 127 (2004) 300-312. doi:10.1016/j.jpowsour.2003.09.027. otwiera się w nowej karcie
  25. W.F. Giauque, E.W. Hornung, J.E. Kunzler, T.R. Rubin, The Thermodynamic Properties of Aqueous Sulfuric Acid Solutions and Hydrates from 15 to 300°K., J. Am. 20 otwiera się w nowej karcie
  26. Chem. Soc. 82 (1960) 62-70. doi:10.1021/ja01486a014. otwiera się w nowej karcie
  27. T.R. Rubin, W.F. Giauque, The Heat Capacities and Entropies of Sulfuric Acid and Its Mono-and Dihydrates from 15 to 300°K., J. Am. Chem. Soc. 74 (1952) 800-804. doi:10.1021/ja01123a063. otwiera się w nowej karcie
  28. G.E. Walrafen, D.M. Dodd, Infra-red absorption spectra of concentrated aqueous solutions of sulphuric acid. Part 2.-H 2 SO 4 and HSO-4 vibrational fundamentals and estimates of (F°298·15-H°0)/T and S°298·15 for H 2 SO 4 gas, Trans. Faraday Soc. 57 (1961) 1286-1296. doi:10.1039/TF9615701286. otwiera się w nowej karcie
  29. J.R. Eckman, F.D. Rossini, The heat of formation of sulphur dioxide, Bur. Stand. J. Res. 3 (1929) 597-618. otwiera się w nowej karcie
  30. C. Duan, J. Tong, M. Shang, S. Nikodemski, M. Sanders, S. Ricote, A. Almansoori, R. OHayre, Readily processed protonic ceramic fuel cells with high performance at low temperatures, Science (80-. ). 349 (2015) 1321-1326. doi:10.1126/science.aab3987. otwiera się w nowej karcie
  31. J.M. Polfus, T. Norby, R. Bredesen, Protons in Oxysulfides, Oxysulfates, and Sulfides: A First-Principles Study of La 2 O 2 S, La 2 O 2 SO 4 , SrZrS 3 , and BaZrS 3, J. Phys. Chem. C. 119 (2015) 23875-23882. doi:10.1021/acs.jpcc.5b08278. otwiera się w nowej karcie
  32. A.A. Markov, O.A. Savinskaya, M.V. Patrakeev, A.P. Nemudry, I.A. Leonidov, Y.T. otwiera się w nowej karcie
  33. Pavlyukhin, A.V. Ishchenko, V.L. Kozhevnikov, Structural features, nonstoichiometry and high-temperature transport in SrFe1−xMoxO3−δ, J. Solid State Chem. 182 (2009) 799-806. doi:10.1016/j.jssc.2008.12.026. otwiera się w nowej karcie
  34. A.A. Markov, I.A. Leonidov, M.V. Patrakeev, V.L. Kozhevnikov, O.A. Savinskaya, U.V. Ancharova, A.P. Nemudry, Structural stability and electrical transport in SrFe1−xMoxO3−δ, Solid State Ionics. 179 (2008) 1050-1053. doi:10.1016/j.ssi.2008.01.026. otwiera się w nowej karcie
  35. A.J. Fernández-Ropero, J.M. Porras-Vázquez, A. Cabeza, P.R. Slater, D. Marrero- López, E.R. Losilla, High valence transition metal doped strontium ferrites for electrode materials in symmetrical SOFCs, J. Power Sources. 249 (2014) 405-413. doi:10.1016/j.jpowsour.2013.10.118. otwiera się w nowej karcie
  36. O.V. Merkulov, E.N. Naumovich, M.V. Patrakeev, A.A. Markov, H.J.M. otwiera się w nowej karcie
  37. Bouwmeester, I.A. Leonidov, V.L. Kozhevnikov, Oxygen nonstoichiometry and defect chemistry of perovskite-structured SrFe1−xMoxO3−δ solid solutions, Solid State 21
  38. Ionics. 292 (2016) 116-121. doi:10.1016/j.ssi.2016.05.009. otwiera się w nowej karcie
  39. K. Zheng, K. Świerczek, N.M. Carcases, T. Norby, Coking Study in Anode Materials for SOFCs: Physicochemical Properties and Behavior of Mo-Containing Perovskites in CO and CH4 Fuels, ECS Trans. 64 (2014) 103-116. doi:10.1149/06402.0103ecst. otwiera się w nowej karcie
  40. M. Patrakeev, I. Leonidov, V. Kozhevnikov, V. Kharton, Ion-electron transport in strontium ferrites: relationships with structural features and stability, Solid State Sci. 6 (2004) 907-913. doi:10.1016/j.solidstatesciences.2004.05.002. otwiera się w nowej karcie
  41. K. Zheng, K. Świerczek, J.M. Polfus, M.F. Sunding, M. Pishahang, T. Norby, Carbon Deposition and Sulfur Poisoning in SrFe0.75Mo0.25O3-and SrFe0.5Mn0.25Mo0.25O3-Electrode Materials for Symmetrical SOFCs, J. Electrochem. Soc. 162 (2015) F1078-F1087. doi:10.1149/2.0981509jes. otwiera się w nowej karcie
  42. Coorstek Inc., Manufacturer's datasheet: BZCY81 Ni-leeched pellet, 2015.
  43. J.M. Serra, W.A. Meulenberg, Thin-Film Proton BaZr 0.85 Y 0.15 O 3 Conducting Electrolytes: Toward an Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cell Alternative, J. Am. Ceram. Soc. 90 (2007) 2082-2089. doi:10.1111/j.1551-2916.2007.01677.x. otwiera się w nowej karcie
  44. Y. Zhao, D. Weidner, Thermal expansion of SrZrO3 and BaZrO3 perovskites, Phys. Chem. Miner. 18 (1991). doi:10.1007/BF00200187. otwiera się w nowej karcie
  45. S. Yamanaka, M. Fujikane, T. Hamaguchi, H. Muta, T. Oyama, T. Matsuda, S. otwiera się w nowej karcie
  46. Kobayashi, K. Kurosaki, Thermophysical properties of BaZrO3 and BaCeO3, J. Alloys Compd. 359 (2003) 109-113. doi:10.1016/S0925-8388(03)00214-7. otwiera się w nowej karcie
  47. B. Boukamp, A package for impedance/admittance data analysis, Solid State Ionics. 18-19 (1986) 136-140. doi:10.1016/0167-2738(86)90100-1. otwiera się w nowej karcie
  48. A. Magrasó, C. Kjølseth, R. Haugsrud, T. Norby, Influence of Pr substitution on defects, transport, and grain boundary properties of acceptor-doped BaZrO3, Int. J. Hydrogen Energy. 37 (2012) 7962-7969. doi:10.1016/j.ijhydene.2011.10.067. otwiera się w nowej karcie
  49. R. Sažinas, C. Bernuy-López, M.-A. Einarsrud, T. Grande, Effect of CO 2 Exposure on the Chemical Stability and Mechanical Properties of BaZrO 3 -Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 99 (2016) 3685-3695. doi:10.1111/jace.14395. otwiera się w nowej karcie
  50. A. Ubaldini, V. Buscaglia, C. Uliana, G. Costa, M. Ferretti, Kinetics and Mechanism of Formation of Barium Zirconate from Barium Carbonate and Zirconia Powders, J. Am. 22 otwiera się w nowej karcie
  51. Ceram. Soc. 86 (2003) 19-25. doi:10.1111/j.1151-2916.2003.tb03271.x. otwiera się w nowej karcie
  52. Y. Yamazaki, R. Hernandez-Sanchez, S.M. Haile, High Total Proton Conductivity in Large-Grained Yttrium-Doped Barium Zirconate, Chem. Mater. 21 (2009) 2755-2762. doi:10.1021/cm900208w. otwiera się w nowej karcie
  53. S. Ricote, N. Bonanos, H.J. Wang, R. Haugsrud, Conductivity, transport number measurements and hydration thermodynamics of BaCe0.2Zr0.7Y(0.1 -ξ)Ni ξO(3 -δ), Solid State Ionics. 185 (2011) 11-17. doi:10.1016/j.ssi.2010.12.012. otwiera się w nowej karcie
  54. M. Marrony, P. Berger, F. Mauvy, J.-C. Grenier, N. Sata, A. Magrasó, R. Haugsrud, P.R. Slater, G. Taillades, J. Roziere, J. Dailly, N. Fukatsu, P. Briois, H. Matsumoto, M. Stoukides, Proton-Conducting Ceramics. From Fundamentals to Applied Research, Pan Stanford Publishing, Singapore, 2016.
  55. M. Gong, X. Liu, J. Trembly, C. Johnson, Sulfur-tolerant anode materials for solid oxide fuel cell application, J. Power Sources. 168 (2007) 289-298. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.03.026. otwiera się w nowej karcie
  56. S. Wang, M. Liu, J. Winnick, Stabilities and electrical conductivities of electrode materials for use in H2S-containing gases, J. Solid State Electrochem. 5 (2001) 188- 195. doi:10.1007/s100080000142. otwiera się w nowej karcie
  57. L. Aguilar, S. Zha, Z. Cheng, J. Winnick, M. Liu, A solid oxide fuel cell operating on hydrogen sulfide (H2S) and sulfur-containing fuels, J. Power Sources. 135 (2004) 17- 24. doi:10.1016/j.jpowsour.2004.03.061. otwiera się w nowej karcie
  58. S.M. Babiniec, S. Ricote, N.P. Sullivan, Characterization of ionic transport through BaCe0.2 Zr0.7Y0.1O3−δ membranes in galvanic and electrolytic operation, Int. J. Hydrogen Energy. 40 (2015) 9278-9286. doi:10.1016/j.ijhydene.2015.05.162. otwiera się w nowej karcie
  59. W.G. Coors, Protonic ceramic fuel cells for high-efficiency operation with methane, J. Power Sources. 118 (2003) 150-156. doi:10.1016/S0378-7753(03)00072-7. otwiera się w nowej karcie
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 25 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi