مروری بر پوشش های اعمالی بر روی اتصال دهنده های پیل های سوختی اکسید جامد

پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) یک وسیله تولید انرژی الکتریکی با بازده بالاست. در کاربردهای عملی پیل های سوختی به صورت منفرد کار نمی کنند، بلکه تعداد زیادی از سلول های واحد نسبتا کوچک به یکدیگر متصل می شوند تا جریان الکتریسیته لازم را فراهم نمایند. پیل های منفرد توسط یک جزء سازنده به نام اتصال دهنده داخلی به صورت سری های الکتریکی به یکدیگر متصل می شوند تا تشکیل یک بدنه واحد را بدهند. این اجزاء علاوه بر اتصال الکتریکی آند از یک سلول واحد و کاتد از سلول واحد دیگر به یکدیگر، به صورت یک سد فیزیکی مانع از هر گونه تماس بین اتمسفرهای احیایی و اکسیدی می گردند. در توسعه مواد مورد استفاده به عنوان اتصال دهنده دو رویکرد استفاده از سرامیک ها و آلیاژهای فلزی وجود دارد. با کاهش دمای کاری سیستم های SOFC به ۶۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد، مواد فلزی می توانند جایگزین مواد سرامیکی به عنوان اتصال دهنده در این پیل سوختی گردند. فولادهای زنگ نزن فریتی از بیشترین پتانسیل برای کاربرد به عنوان مواد اتصال دهنده در سیستم های SOFC برخوردارند اما این فولادها دو مشکل مهم دارند که عبارتند از: ۱ - افزایش مقاومت الکتریکی ناشی از رشد پوسته اکسیدی در طول زمان و ۲- مهاجرت اجزاء کروم دار از طریق لایه اکسیدی به سمت کاتد که می تواند باعث تخریب کاتد و یا فصل مشترک بین کاتد و الکترولیت شود که هر دو این عوامل می توانند بر روی عملکرد پیل تاثیر منفی داشته باشند. برای حل این مشکلات می توان در ترکیب شیمیایی و یا سطح آلیاژ اتصال دهنده تغییرات مطلوب را ایجاد کرد؛ به همین دلیل لازم است که از یک پوشش محافظ هادی جهت بهبود عملکرد این اتصال دهنده ها بر روی آنها استفاده کرد. پوشش های مورد استفاده برای اتصال دهنده های داخلی در SOFCها به چهار گروه عمده تقسیم می شوند: پوشش های اکسید اسپینل، پوشش های پیرووسکایت، پوشش های اکسید عناصر راکتیو و پوشش های کامپوزیتی. روش های مختلفی برای اعمال این پوشش ها بر روی اتصال دهنده های داخلی در SOFC ها مورد استفاده قرار گرفته است، مانند آبکاری الکتریکی، رسوب دهی بخار فیزیکی، رسوب دهی بخار شیمیایی، رسوب دهی الکتروفورتیک، سمانتاسیون فشرده، چاپ صفحه ای، سل-ژل، پاشش پلاسما و..... لذا در این پژوهش هدف بررسی اثر پوشش های مختلف بر روی خواص اتصال دهنده های فولادی است. نتایج بررسی ها نشان می دهد پوشش های اسپینلی لایه ای متراکم (۹۵%) ایجاد کرده و نفوذ Cr۳+ را از طریق مکانیزم جای خالی مهار می کنند و نرخ اکسیداسیون کاهش می دهند. پوشش های پیرووسکایت، رسانایی مختلط یونی-الکترونی تا cm فراهم می کنند و با جدایش سطحی کاتیون های A-site نفوذ اکسیژن را محدود می کنند. پوشش های اکسید راکتیو، با ایجاد جدایش عناصر واکنش پذیر در مرز دانه ها، اکسیداسیون انتخابی را ترویج می دهند. پوشش های کامپوزیتی با ترکیب زمینه های فلزی رسانا و ذرات سرامیکی اکسیداسیون تبخیر Cr و افزایش ASR را کاهش می دهند و عمر پیل را به بیش از ۴۰,۰۰۰ ساعت می رسانند.

کلیدواژه ها:

پیل سوختی اکسید جامد ، اتصال دهنده داخلی ، فولادهای زنگ نزن ، پوشش محافظ