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Modelling Study of Surface Reactions, Diffusion, and Spillover at a Ni/YSZ Patterned Anode

Vogler, Marcel und Bieberle-Hütter, Anja und Gauckler, Ludwig und Warnatz, Jürgen und Bessler, Wolfgang, G. (2009) Modelling Study of Surface Reactions, Diffusion, and Spillover at a Ni/YSZ Patterned Anode. Journal of The Electrochemical Society, 156 (5), B663-B672. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1.3095477.

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577kB

Kurzfassung

This paper presents a modelling study of the electrochemical hydrogen oxidation reaction at nickel/yttria-stabilized zirconia (Ni/YSZ) patterned anodes. An elementary kinetic reaction-diffusion model accounts for coupled heterogeneous chemistry and transport on the Ni and YSZ surfaces. Charge transfer is modeled as a spillover of adsorbates between the Ni and YSZ surfaces at the three-phase boundary (TPB). No a priori assumptions on rate-determining processes are made. Thermodynamic, kinetic, and transport parameters are compiled from various literature sources serving as a base for quantitative simulations. Seven different spillover reaction pathways of the hydrogen oxidation reaction are compared to experimental patterned anode data obtained previously by Bieberle et al. (J. Electrochem. Soc., 148, A646 2001) under a range of operating conditions. Only one reaction pathway, based on two hydrogen spillover reactions, is able to describe consistently the complete experimental data set. A sensitivity analysis for this case allows identification of rate-determining processes. Surface concentrations close to the TPB are predicted to differ from the concentration derived from thermodynamical equilibrium by up to 2 orders of magnitude. The simulation results and the validity of the model are critically discussed. Directions for future theoretical and experimental studies for elucidating the mechanistic details of Ni/YSZ anodes are given.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/60352/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Modelling Study of Surface Reactions, Diffusion, and Spillover at a Ni/YSZ Patterned Anode
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Vogler, Marcelmarcel.vogler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bieberle-Hütter, Anjaanja.bieberle (at) mat.ethz.chNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gauckler, Ludwigludwig.gauckler (at) mat.ethz.chNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Warnatz, Jürgen-NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, Wolfgang, G.wolfgang.bessler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2009
Erschienen in:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:156
DOI:10.1149/1.3095477
Seitenbereich:B663-B672
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Scherson, Daniel A.dxs16 (at) po.cwru.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
Name der Reihe:Journal of the Electrochemical Society
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Diffusion, elementary kinetics, pattern anodes, model anode, SOFC, modelling
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung (alt)
HGF - Programmthema:E BZ - Brennstoffzellen (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E BZ - Brennstoffzellen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Hochtemperatur-Brennstoffzellen (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Vogler, Marcel
Hinterlegt am:04 Nov 2009 11:35
Letzte Änderung:08 Mär 2018 18:45

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