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2D transient electro-chemical model of steam electrolysis with Ni/Gd-Doped Ceria (CGO) fuel electrode

Koksharov, Andrey und Grosselindemann, Cedric und Riegraf, Matthias und Kullmann, Felix und Esau, Daniel und Costa, Rémi und Weber, André und Latz, Arnulf und Jahnke, Thomas (2023) 2D transient electro-chemical model of steam electrolysis with Ni/Gd-Doped Ceria (CGO) fuel electrode. ModVal 2023: Symposium on Fuel Cell & Battery & Experimental Validation, 2023-03-21 - 2023-03-23, Duisburg.

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4MB

Kurzfassung

The advantages of solid oxide electrolysis cells (SOECs), such as high electrical efficiency and long-term stability, make them a promising candidate for conversion of electrical energy into chemical compounds. The presence of the active double phase boundary (DPB) [1] between CGO surface and gas phase in Ni/Gadolinium doped ceria (CGO) electrodes improves the performance compared to other types of Ni/cermet electrodes, where the active area is limited to the triple phase boundary (TPB) between nickel, oxygen ion conducting ceramics and gas phase. Detailed understanding of underlying physical processes within SOEC in general and within the Ni-CGO fuel electrode in particular is crucial for cell optimisation and understanding of cell degradation. In the current study a 2D dynamic multiphase model of a commercial electrolyser cell is presented. The model spatially resolves cell composite layers as well as the gas channels. The following aspects are included: detailed surface kinetics, charge transport, as well as gas transport/conversion in the channels and porous electrodes. The main accent is made on understanding of electro-chemical processes in the fuel electrode. The model is parametrised and validated by electrochemical impedance measurements of an incremental 1 cm² electrolyte-supported symmetrical cell with Ni-CGO electrodes fueled with different compositions of H2, H2O and N2 [2]. A spatial extension of the model and subsequent validation is successfully done for 16 cm² full cells exhibiting lateral temperature and gas concentration gradients. Furthermore, using this cell model as a building block, the development of a transient 2D model of a SOEC short stack will be discussed in this contribution.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201264/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:2D transient electro-chemical model of steam electrolysis with Ni/Gd-Doped Ceria (CGO) fuel electrode
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Koksharov, AndreyAndrey.Koksharov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grosselindemann, CedricInstitute for Applied Materials – Electrochemical Technologies (IAM-ET) Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 76131 Karlsruhe, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riegraf, MatthiasMatthias.Riegraf (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kullmann, FelixInstitute for Applied Materials – Electrochemical Technologies (IAM-ET) Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 76131 Karlsruhe, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Esau, DanielInstitute for Applied Materials – Electrochemical Technologies (IAM-ET) Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 76131 Karlsruhe, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Costa, Rémiremi.costa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3534-1935NICHT SPEZIFIZIERT
Weber, AndréInstitute for Applied Materials – Electrochemical Technologies (IAM-ET) Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 76131 Karlsruhe, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jahnke, ThomasThomas.Jahnke (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 März 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Modelling, Electrolyser Cells, SOEC, Electrochemistry, Ni-CGO
Veranstaltungstitel:ModVal 2023: Symposium on Fuel Cell & Battery & Experimental Validation
Veranstaltungsort:Duisburg
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:21 März 2023
Veranstaltungsende:23 März 2023
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Koksharov, Andrey
Hinterlegt am:18 Dez 2023 18:02
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:01

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