Fabrication and electrochemical performance of nickel-alloy-foam-supported solid oxide electrolysis cell for hydrogen production from steam

• المؤلف الرئيسي: Ramin Visvanichkul
• مؤلفون آخرون: Pattaraporn Kim
• التنسيق: Theses and Dissertations
• اللغة: English
• منشور في: Chulalongkorn University 2019
• الوصول للمادة أونلاين: https://digiverse.chula.ac.th/Info/item/dc:47705
• المؤسسة: Chulalongkorn University

CuO ร้อยละ 0.5 โดยน้ำหนัก ถูกใช้เป็นสารช่วยเผาผนึกในกระบวนการเผาผนึกอิเล็กโทรไลต์ชนิด Sc0.1Ce0.05Gd0.05Zr0.89O2 (SCGZ) สำหรับเซลล์อิเล็กโทรไลซิสแบบออกไซด์ของแข็งโดยมีอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวรองรับ (Pt/SCGZ/Pt) จากการศึกษาผลการเติม CuO เป็นสารช่วยเผาผนึกอันได้แก่ การเปลี่ยนแปลงวัฏภาคของแข็งในโครงสร้างผลึก ความหนาแน่นสัมพัทธ์และค่าการนำไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟ้าเคมีภายหลังการเผาผนึกอุณหภูมิต่างๆกัน (1373 -1673 K) เป็นเวลา 4 ชั่วโมง พบว่าการเติมสารช่วยเผาผนึกดังกล่าวส่งผลต่อการเผาผนึกของ SCGZ อย่างมีนัยสำคัญ กล่าวคือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีแสดงความหนาแน่นสัมพัทธ์สูงถึง ร้อยละ 95 ณ อุณหภูมิการเผาผนึก 1573 K ในขณะที่ SCGZ ที่ไม่มีการเติมสารเผาผนึกให้ความหนาแน่นสัมพัทธ์ต่ำ แม้ว่าการเผาผนึกถูกดำเนินการ ณ อุณหภูมิสูง 1673 K ในขณะที่โครงสร้างผลึกภายหลังการเผา SCGZ โดยการเติม CuO ไม่พบการปนเปื้อนของวัฏภาคแปลกปลอมในโครงสร้างผลึก อีกทั้งการประเมินความสามารถทางไฟฟ้าเคมีที่อุณหภูมิการทำงาน 873 K ถึง 1173 K ภายใต้อัตราส่วนไอน้ำต่อไฮโดรเจนที่ 70:30 พบว่าการใช้ CuO ร้อยละ 0.5 โดยน้ำหนัก ไม่ส่งผลต่อความสามารถทางไฟฟ้าเคมีของเซลล์ โดยพลังงานกระตุ้นของการนำไฟฟ้า (Ea) ของเซลล์ SCGZ และ SCGZ ที่มีการใช้ CuO มีค่าเท่ากับ 72.34 kJmol-1 และ 74.93 kJmol-1 ตามลำดับ ภายหลังการศึกษาอิเล็กโทรไลท์ชนิด SCGZ ที่มีการเติม CuO เป็นสารช่วยเผาผนึกถูกนำมาใช้งานในการขึ้นรูปเซลล์อิเล็กโทรไลซิสแบบออกไซด์ของแข็งที่มีโฟมนิกเกิลอัลลอยด์ชนิดนิกเกิลเหล็ก (Ni-Fe) ที่ความพรุน 5-130 ppi เป็นตัวรองรับเพื่อการผลิตไฮโดรเจนจากไอน้ำโดยมี Ni-SCGZ และ Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) เป็นขั้วแคโทดและแอโนด ตามลำดับ การขึ้นรูปเซลล์ไฟฟ้าเคมีบนตัวรองรับดังกล่าวใช้วิธีการชุบเคลือบเคมีแบบเปียกด้วยสารละลายต่างๆ โดยชั้นแคโทดถูกขึ้นรูปด้วยสารละลายแคโทดที่มีความหนืดและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนไล่ระดับตามลำดับการชุบเคลือบ ภายหลังการชุบเคลือบชั้นแคโทด ชิ้นงานดังกล่าวถูกนำไปเผาที่อุณหภูมิ 1373 K เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นชิ้นงานจะถูกชุบเคลือบแบบจุ่มด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์ตามด้วยการเผาผนึกที่อุณหภูมิ 1623 K เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ด้วยกรรมวิธีทางความร้อนที่เหมาะสม ซึ่งพบว่า การใช้อัตราการทำความร้อนแบบหลายขั้นตอนและการให้แรงกดอัดคงที่ระหว่างการเผาประสบผลสำเร็จในการขึ้นรูปเซลล์ ผลการขึ้นรูปพบว่าความหนาของชั้นแคโทด อิเล็กโทรไลต์และแอโนด คือ 150 25 และ 30 ไมโครเมตร ตามลำดับ โดยเซลล์อิเล็กโทรไลซิสชนิดดังกล่าวแสดงความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่มีค่าสูงเท่ากับ 0.95 Acm-2 ที่ 1.1 V ภายใต้อัตราส่วนไอน้ำต่อไฮโดรเจนที่ 70:30 อุณหภูมิ 1073 K โดยคิดเป็นอัตราการผลิตไฮโดรเจนได้เท่ากับ 4.95x10-6 mols-1 อย่างไรก็ตามความทนทานของเซลล์ในระยะยาวยังคงมีประสิทธิภาพต่ำ โดยมีอัตราการสลายตัวของเซลล์ที่ 0.08 Vh-1