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Perspectives and Challenges for Cost-Effective Manufacturing of Robust Protonic Ceramic Cells in Metal-Supported Architecture

Sata, Noriko und Han, Feng und Semerad, Robert und Iguchi, Fumitada und Ishii, Akihiro und Takamura, Hitoshi und Riegraf, Matthias und Costa, Rémi (2023) Perspectives and Challenges for Cost-Effective Manufacturing of Robust Protonic Ceramic Cells in Metal-Supported Architecture. The 21st International Conference on Solid-State Protonic Conductors, 2023-09-17 - 2023-09-22, Fukuoka, Japan.

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Kurzfassung

Manufacturing Protonic Ceramic Cells (PCCs) by scalable techniques is still challenging. One of the main hurdles originated from the characteristics of the State-of-the-Art electrolyte materials, i.e. Ba(Zr,Ce,Y)O3-d perovskites, which requires high sintering temperatures to fabricate gas-tight electrolyte layers via ceramic processing routes. We present here our challenges in the development of PCCs in a Metal Supported architecture (MS-PCC). Our strategy is employing commercial metal supports, applying ceramic multilayers by wet-chemical processing to synthesize porous electrodes and fabricating gas-tight thin-film BZCY electrolyte by a Physical Vapour Deposition (PVD), allowing all the manufacturing process below 1000 °C to avoid metal degradation. Our MS-PCC concept was demonstrated using a commercial porous metal substrate and Pulsed Laser Deposition (PLD) [1], which showed a good performance in steam electrolysis operation at moderate temperatures. As a next step, we replace the processes by cost-effective and scalable techniques to develop MS-PCCs in a practical cell size. As an alternative to PLD, Electron-Beam PVD (EB-PVD) was investigated, which is feasible to manufacture 1~2 micron-thick homogeneous gas-tight BZCY in a large cell area of ~100 cm2. Due to the significant elemental mass differences in the BZCY compound, compositional adjustment was necessary in the EB-PVD, which was successfully demonstrated to achieve the targeted phase of a reasonable proton conductivity. Critical issues for materials and manufacture techniques in the development of MS-PCC will be discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198031/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Perspectives and Challenges for Cost-Effective Manufacturing of Robust Protonic Ceramic Cells in Metal-Supported Architecture
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Sata, NorikoNoriko.Sata (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3103-2051NICHT SPEZIFIZIERT
Han, FengFeng.Han (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1904-134XNICHT SPEZIFIZIERT
Semerad, RobertCeracoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Iguchi, FumitadaDepartment of Mechanical Engineering, Nihon UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ishii, AkihiroGraduate School of Engineering, Tohoku UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Takamura, HitoshiGraduate School of Engineering, Tohoku UniversityNICHT 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
Datum:September 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:protonic ceramic Cells, metal supported architecture, electrochemical energy conversion
Veranstaltungstitel:The 21st International Conference on Solid-State Protonic Conductors
Veranstaltungsort:Fukuoka, Japan
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:17 September 2023
Veranstaltungsende:22 September 2023
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Metzger-Sata, Dr. Noriko
Hinterlegt am:27 Okt 2023 14:45
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:58

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