journal article·2018-05-29Open access

Influence of Anode Functional Layers on Electrochemical Performance and Mechanical Strength in Microtubular Solid Oxide Fuel Cells Fabricated by Gel-Casting

Miguel Morales, Miguel Ángel Laguna-Bercero

ACS Applied Energy Materials· Volume 1· Issue 5

Abstract

Anode-supported microtubular solid oxide fuel cells (mT-SOFCs) using samaria-doped ceria (SDC) as electrolyte were fabricated, varying the composition and number of anode functional layers (AFLs), by combining the aqueous gel-casting and spray-coating techniques. Suitable aqueous slurry formulation of NiO–SDC was prepared using agarose as a gelling agent for gel-casting of tubular supports. Afterward, 40:60 and 50:50 NiO:SDC (wt %) as AFLs and SDC electrolyte were deposited by spray-coating and subsequently co-sintered. Finally, mT-SOFCs with 2.5 mm outer diameter and thicknesses of 380 μm support; 0, 12, and 24 μm AFLs; 15 μm electrolyte; and 30 μm cathode were obtained. The influence of AFLs on the performance and mechanical integrity was investigated for the three cells. For this purpose, electrochemical and mechanical tests at both macroscopic and micro-/nanometric scales (at the AFLs region) were determined by flexural strength and nanoindentation techniques, respectively. The results evidence that the use of AFLs with an adequate composition and microstructure in the mT-SOFCs is required to improve the performance and mechanical strength of the cell. The cell with a single-layer AFL of 50:50 NiO:SDC (wt %) and 12 μm thickness exhibited the best performance (0.52 W·cm–2) at 650 °C using hydrogen as fuel and air as oxidant.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advancements in Solid Oxide Fuel Cells · Fuel Cells and Related Materials · Electrocatalysts for Energy Conversion

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Advanced Materials for Energy Applications, IREC, Catalonia Institute for Energy Research, Jardins de les Dones de Negre 1, Planta 2, 08930, Sant Adrià del Besòs, Barcelona, Spain

Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, ICMA, CSIC—Universidad de Zaragoza, Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza, Spain

Funding

European Regional Development Fund · Ministerio de Econom?a y Competitividad

References (82)

Show source-provided references
1. EG&G Technical Services, Inc.Fuel Cell Handbook, 7th ed. University Press of the Pacific, 2004.
2. 10.1016/j.jpowsour.2006.12.04910.1016/j.jpowsour.2006.12.049 ↗
3. 10.1007/978-1-4020-8295-5_2210.1007/978-1-4020-8295-5_22 ↗
4. 10.1016/S0378-7753(97)02761-410.1016/S0378-7753(97)02761-4 ↗
5. 10.1016/S0378-7753(97)02693-110.1016/S0378-7753(97)02693-1 ↗
6. 10.1016/j.jpowsour.2013.03.19110.1016/j.jpowsour.2013.03.191 ↗
7. 10.1016/j.jpowsour.2010.08.09310.1016/j.jpowsour.2010.08.093 ↗
8. 10.1016/j.ijhydene.2011.04.20710.1016/j.ijhydene.2011.04.207 ↗
9. 10.1007/s11581-011-0559-x10.1007/s11581-011-0559-x ↗
10. 10.1016/j.ijhydene.2014.03.07110.1016/j.ijhydene.2014.03.071 ↗
11. 10.1039/C5RA28183K10.1039/C5RA28183K ↗
12. 10.1111/j.1744-7402.2007.02129.x10.1111/j.1744-7402.2007.02129.x ↗
13. 10.1016/j.jpowsour.2008.05.00610.1016/j.jpowsour.2008.05.006 ↗
14. 10.1016/j.ijhydene.2011.02.01610.1016/j.ijhydene.2011.02.016 ↗
15. 10.1016/j.jpowsour.2011.10.05910.1016/j.jpowsour.2011.10.059 ↗
16. 10.1016/j.ceramint.2012.01.01510.1016/j.ceramint.2012.01.015 ↗
17. 10.1002/adma.20110019410.1002/adma.201100194 ↗
18. 10.1039/C4TA04635H10.1039/C4TA04635H ↗
19. 10.1016/j.apenergy.2017.08.10910.1016/j.apenergy.2017.08.109 ↗
20. 10.1016/j.jpowsour.2015.03.03010.1016/j.jpowsour.2015.03.030 ↗
21. 10.1016/j.ijhydene.2016.12.10610.1016/j.ijhydene.2016.12.106 ↗
22. 10.3389/fenrg.2014.0002210.3389/fenrg.2014.00022 ↗
23. Yashiro K. · Electrochemistry · 2002 · 70 · 95810.5796/electrochemistry.70.958 ↗
24. 10.1149/1.218528410.1149/1.2185284 ↗
25. 10.1016/j.jpowsour.2006.10.00210.1016/j.jpowsour.2006.10.002 ↗
26. 10.1007/978-1-4020-8295-5_2210.1007/978-1-4020-8295-5_22 ↗
27. 10.1002/fuce.20130006310.1002/fuce.201300063 ↗
28. 10.1038/3510462010.1038/35104620 ↗
29. 10.1016/j.ssi.2004.06.01510.1016/j.ssi.2004.06.015 ↗
30. Fergus J. · 2008
31. 10.1016/j.jpowsour.2012.05.07610.1016/j.jpowsour.2012.05.076 ↗
32. 10.1016/j.ijhydene.2014.01.01910.1016/j.ijhydene.2014.01.019 ↗
33. 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.09.02510.1016/j.jeurceramsoc.2015.09.025 ↗
34. 10.1016/j.jpowsour.2010.09.04310.1016/j.jpowsour.2010.09.043 ↗
35. 10.1126/science.117640410.1126/science.1176404 ↗
36. 10.1039/C7RA01259D10.1039/C7RA01259D ↗
37. 10.1023/B:JMSC.0000004400.95156.dc10.1023/B:JMSC.0000004400.95156.dc ↗
38. 10.1111/j.1744-7402.2007.02127.x10.1111/j.1744-7402.2007.02127.x ↗
39. 10.1016/j.ssi.2009.04.00410.1016/j.ssi.2009.04.004 ↗
40. 10.1016/j.jpowsour.2008.11.07610.1016/j.jpowsour.2008.11.076 ↗
41. 10.1016/j.ijhydene.2009.12.16710.1016/j.ijhydene.2009.12.167 ↗
42. 10.1111/jace.1260310.1111/jace.12603 ↗
43. 10.1039/C5RA02304A10.1039/C5RA02304A ↗
44. 10.1016/j.electacta.2008.05.06310.1016/j.electacta.2008.05.063 ↗
45. 10.1016/j.ijhydene.2011.11.15210.1016/j.ijhydene.2011.11.152 ↗
46. Yang S. · Int. J. Electrochem. Sci. · 2013 · 8 · 233010.1016/S1452-3981(23)14312-4 ↗
47. 10.1002/fuce.20140013810.1002/fuce.201400138 ↗
48. 10.1007/s11581-016-1860-510.1007/s11581-016-1860-5 ↗
49. 10.1016/S0167-2738(02)00357-010.1016/S0167-2738(02)00357-0 ↗
50. 10.1016/j.jpowsour.2006.12.04210.1016/j.jpowsour.2006.12.042 ↗
51. 10.1016/j.ijhydene.2015.04.08810.1016/j.ijhydene.2015.04.088 ↗
52. 10.1016/j.electacta.2008.05.06310.1016/j.electacta.2008.05.063 ↗
53. 10.1016/j.memsci.2010.05.04510.1016/j.memsci.2010.05.045 ↗
54. 10.1016/j.ijhydene.2014.09.12810.1016/j.ijhydene.2014.09.128 ↗
55. 10.1002/fuce.20090000510.1002/fuce.200900005 ↗
56. 10.1016/j.jpowsour.2015.06.01810.1016/j.jpowsour.2015.06.018 ↗
57. 10.1016/j.jpowsour.2013.08.13310.1016/j.jpowsour.2013.08.133 ↗
58. 10.1002/fuce.20100006310.1002/fuce.201000063 ↗
59. 10.1016/j.jpowsour.2015.05.09710.1016/j.jpowsour.2015.05.097 ↗
60. 10.1149/1.333283210.1149/1.3332832 ↗
61. 10.1016/j.ijhydene.2014.01.01010.1016/j.ijhydene.2014.01.010 ↗
62. Weibull W. · J. Appl. Mech. Trans. ASME · 1951 · 18 · 29310.1115/1.4010337 ↗
63. 10.1016/j.ceramint.2015.06.03110.1016/j.ceramint.2015.06.031 ↗
64. 10.1557/JMR.1992.156410.1557/JMR.1992.1564 ↗
65. 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.07.02210.1016/j.jeurceramsoc.2012.07.022 ↗
66. 10.1016/j.jpowsour.2013.08.02810.1016/j.jpowsour.2013.08.028 ↗
67. 10.1016/j.memsci.2007.05.00210.1016/j.memsci.2007.05.002 ↗
68. 10.1016/j.ijhydene.2015.01.06010.1016/j.ijhydene.2015.01.060 ↗
69. 10.1039/C5TA08531D10.1039/C5TA08531D ↗
70. 10.1016/j.electacta.2016.11.15010.1016/j.electacta.2016.11.150 ↗
71. 10.1039/C4TA00665H10.1039/C4TA00665H ↗
72. 10.1111/j.1551-2916.2005.00097.x10.1111/j.1551-2916.2005.00097.x ↗
73. 10.1016/0167-2738(94)90286-010.1016/0167-2738(94)90286-0 ↗
74. 10.1016/j.jpowsour.2017.08.09510.1016/j.jpowsour.2017.08.095 ↗
75. 10.1016/j.electacta.2016.10.15210.1016/j.electacta.2016.10.152 ↗
76. 10.1016/S0167-2738(00)00472-010.1016/S0167-2738(00)00472-0 ↗
77. 10.1016/j.ijhydene.2012.05.07510.1016/j.ijhydene.2012.05.075 ↗
78. 10.1016/j.ijhydene.2016.05.25610.1016/j.ijhydene.2016.05.256 ↗
79. 10.20964/2017.10.5010.20964/2017.10.50 ↗
80. 10.1016/S0955-2219(96)00247-610.1016/S0955-2219(96)00247-6 ↗
81. Morales M. · J. New Mater. Electrochem. Syst. · 2009 · 12 · 187
82. 10.1002/fuce.20100004710.1002/fuce.201000047 ↗