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A parameter study of solid oxide electrolysis cell degradation: Microstructural changes of the fuel electrode

Hörlein, Michael und Riegraf, Matthias und Costa, Rémi und Schiller, Günter und Friedrich, K. Andreas (2018) A parameter study of solid oxide electrolysis cell degradation: Microstructural changes of the fuel electrode. Electrochimica Acta, 276, Seiten 162-175. Elsevier. doi: 10.1016/j.electacta.2018.04.170. ISSN 0013-4686.

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Kurzfassung

A parameter study of 20 solid oxide electrolysis cells was carried out to systematically investigate long-term degradation each over 1,000 h under variation of temperature, humidity and current density. The influence of operating temperature was investigated between 750 and 850 °C, the humidity ranged from 40 % to 80 % H2O, and the current density varied between open circuit voltage (OCV) and 1.5 A·cm–2. The progress of degradation was monitored in-situ by electrochemical impedance spectroscopy. Five different contributions to the spectra were identified by calculating the distribution of relaxation times and separated via a complex non-linear square fitting routine. The present work focuses on the degradation of the fuel electrode. From SEM analysis, Ni depletion and an increased pore fraction close to the electrode/electrolyte interface was derived, which is correlated with an increased ohmic resistance of the cells. This unidirectional transport of Ni away from the fuel electrode/electrolyte interface leads to an effective electrolyte extension and is the main source of degradation. Ni depletion is shown to be driven by current density and its extent is shown to be dependent on the complex interplay between the operating parameters current density, anode overpotential, humidity and temperature. It is particularly pronounced for pH2O larger than 0.8 atm and temperatures above 800 °C. Furthermore, the fuel electrode electrochemistry also exhibits degradation in the high-frequency region around 10 exp4 Hz.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/123148/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A parameter study of solid oxide electrolysis cell degradation: Microstructural changes of the fuel electrode
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hörlein, Michaelmichael.hoerlein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riegraf, Matthiasmatthias.riegraf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0383-2545NICHT SPEZIFIZIERT
Costa, Rémiremi.costa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3534-1935NICHT SPEZIFIZIERT
Schiller, GünterGuenter.Schiller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5093-7625NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. Andreasandreas.friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2018
Erschienen in:Electrochimica Acta
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:276
DOI:10.1016/j.electacta.2018.04.170
Seitenbereich:Seiten 162-175
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Hillman, A. R.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Elsevier
ISSN:0013-4686
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solid oxide electrolysis cells (SOEC), Ni/YSZ electrode, Degradation, Electrochemical impedance spectroscopy, Ni depletion
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Elektrolyse und Wasserstoff
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Elektrolyse) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Schiller, Dr.rer.nat. Günter
Hinterlegt am:19 Dez 2018 17:04
Letzte Änderung:03 Nov 2023 10:14

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