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Elementary Kinetic Numerical Simulation of Ni/YSZ SOFC Anode Performance Considering Sulfur Poisoning

Riegraf, Matthias und Schiller, Günter und Costa, Rémi und Friedrich, K. Andreas und Latz, Arnulf und Yurkiv, Vitaliy (2014) Elementary Kinetic Numerical Simulation of Ni/YSZ SOFC Anode Performance Considering Sulfur Poisoning. Journal of The Electrochemical Society, 162 (1), F65-F75. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/2.0471501jes. ISSN 0013-4651.

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Offizielle URL: http://jes.ecsdl.org/content/162/1/F65.abstract

Kurzfassung

An elementary kinetic model is developed and applied to explore the influence of sulfur poisoning on the behavior of solid oxide fuel cell (SOFC) anodes. A detailed multi-step reaction mechanism of sulfur formation and oxidation at Ni/YSZ anodes together with channel gas-flow, porous-media transport and elementary charge-transfer chemistry is established for SOFCs operating on H2/H2O mixtures with trace amounts of hydrogen sulfide (H2S). A thermodynamic and kinetic data set is compiled from various literature sources. The derived chemical model, validated against sulfur chemisorption isobars taken from literature, is used to analyze performance drops of SOFCs working under typical fuel cell operating conditions. Electrochemical results show that at relatively low H2S concentrations SOFC button-cell performance can be interpreted using chemical sulfur formation. However, when the concentration is sufficiently high, the inclusion of second stage degradation and triple-phase boundary reconstruction is necessary to describe the performance decrease. Additionally, it is shown that the sulfur surface coverage increases with increasing current density. In order to shed more light on advanced fundamental understanding of cell poisoning, sensitive analyses toward total anode resistance and sulfur coverage for different operating conditions were performed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/92427/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Elementary Kinetic Numerical Simulation of Ni/YSZ SOFC Anode Performance Considering Sulfur Poisoning
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Riegraf, MatthiasDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schiller, GünterDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Costa, Rémiremi.costa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3534-1935NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. Andreasandreas.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yurkiv, Vitaliyvitaliy.yurkiv (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2014
Erschienen in:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:162
DOI:10.1149/2.0471501jes
Seitenbereich:F65-F75
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:SOFC, degradation, sulfur poisoning, elementary kinetic modeling
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Riegraf, Matthias
Hinterlegt am:26 Nov 2014 11:13
Letzte Änderung:29 Nov 2023 08:54

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