Study of phase evolution and microstructural features when modeling operating conditions of fuel cells based on lanthanum-strontium ferrite compounds

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

   Interest in lanthanum-strontium ferrite ceramics having mixed electron and oxygen-ion conductivity as well as good stability is due to the great potential for use as electrode materials for solid oxide fuel cells. The article presents the results of an assessment of alterations in the morphology and phase composition of ceramics based on lanthanum-strontium ferrite compounds obtained by solid-phase synthesis. This was done during simulation of conditions as close as possible to their operating conditions in the mode of elevated temperatures. The primary objective of the research is to alter theratio of the phase composition of ceramics under prolonged thermal exposure, simulating thermal ageing processes, and thus, oxidation processes that occur during long-term cyclic tests. The studies revealed that the presence of the Sr2Fe2O5 phase in the composition of ceramics results in enhanced resistance to corrosive oxidation processes during high-temperature corrosion. The data obtained on the change in the electrochemical characteristics of ceramics depending on the exposure time during the simulation of high-temperature degradation revealed that the most significant decreases were observed after 400-500 hours of consecutive tests at a temperature of 500-600 °C and after 250-300 hours at temperatures above 700 °C. Moreover, the reduction in the specific power is due to the formation of oxide inclusions in ceramics, resulting from the decomposition of the (La0.3Sr0.7)FeO4 phase in the composition of the ceramics. In turn, the presence of the Sr2Fe2O5 phase results in the formation of an oxidation-resistant structure, leading to less pronounced changes in specific power during measurement of parameters of electrochemical characteristics.

About the authors

D. B. Borgekov

L.N. Gumilyov Eurasian National University

K. B. Kaliyekperova

L.N. Gumilyov Eurasian National University

A. L. Kozlovskiy

L.N. Gumilyov Eurasian National University; Atyrau University named after Kh. Dosmukhamedov

Email: Kozlovskiy.a@inp.kz

G. Zh. Moldabayeva

Satbayev University

References

  1. Jose, J. K. Multiferroics for Spintronic Applications / J. K. Jose, R. Balakrishnan. – doi: 10.1002/9783527824229.ch10. – Direct text // Nanotechnology in Electronics : Materials, Properties, Devices. – 2023. – P. 301–316.
  2. Study of the crystal structure, thermal stability and conductivity of Sr (V0.5Mo0.5) O3+δ as SOFC material / A. Aguadero, C. De La Calle, D. Pérez‐Coll, J. A. Alonso. – doi: 10.1002/fuce.201000070. – Direct text // Fuel Cells. – 2011. – Vol. 11, Issue 1. – P. 44–50.
  3. Weber, A. Materials and concepts for solid oxide fuel cells (SOFCs) in stationary and mobile applications / A. Weber, E. Ivers-Tiffée. – doi: 10.1016/j.jpowsour.2003.09.024. – Direct text //Journal of power sources. – 2004. – Vol. 127, Issue 1–2. – P. 273–283.
  4. Das, T. Polaron size and shape effects on oxygen vacancy interactions in lanthanum strontium ferrite / T. Das, J. D. Nicholas, Y. Qi. – Text : electronic // Journal of Materials Chemistry A. – 2017. – Vol. 5, Issue 47. – doi: 10.1039/c7ta06948k.
  5. Phase formation and magnetic properties of M-type lanthanum substituted strontium ferrites / C. Qin, R. Liu, Y. Sun. – Text : electronic // Ceramics International. – 2023. – Vol. 49, Issue 19. – doi: 10.1016/j.ceramint.2023.07.171.
  6. Exsolution of Fe and SrO Nanorods and Nanoparticles from Lanthanum Strontium Ferrite La0.6Sr0.4FeO3−δ Materials by Hydrogen Reduction / T. Ramona, G. Martin, H. Marc. – Text : electronic // The Journal of Physical Chemistry C. – 2015. – Vol. 119, Issue 38. – doi: 10.1021/acs.jpcc.5b06014
  7. Das, T. Composition, crystallography, and oxygen vacancy ordering impacts on the oxygen ion conductivity of lanthanum strontium ferrite / T. Das, J. D. Nicholas, Y. Qi. – Text : electronic // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2020. – Vol. 22, Issue 17. – doi: 10.1039/d0cp00206b.
  8. Chavan, S. V. Preparation, properties, and reactivity of lanthanum strontium ferrite as an intermediate temperature SOFC cathode / S. V. Chavan, R. N. Singh. – Text : electronic // Journal of Materials Science. – 2013. – Vol. 48. – doi: 10.1007/s10853-013-7456-9.
  9. Synthesis and electrical properties of strontium-doped lanthanum ferrite with perovskite-type structure / J. A. E. Paiva, P. C. C. Daza, F. A. Rodrigues. – Text : electronic // Ceramics International. – 2020. – Vol. 46, Issue 11. – doi: 10.1016/j.ceramint.2020.04.212.
  10. Lanthanum strontium cobaltite-infiltrated lanthanum strontium cobalt ferrite cathodes fabricated by inkjet printing for high-performance solid oxide fuel cells / M. Kim, D. H. Kim, G. D. Han. – Text : electronic // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – Vol. 843. – doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155806.
  11. Gross, M. D. A study of thermal stability and methane tolerance of Cubased SOFC anodes with electrodeposited Co / M. D. Gross, J. M. Vohs, R. J. Gorte. – Text : electronic // Electrochimica Acta. – 2007. – Vol. 52, Issue 5. – doi: 10.1016/j.electacta.2006.08.005.
  12. Application of a negative thermal expansion oxide in SOFC cathode / F. Lu, M. Yang, Y. Shi. – doi: 10.1016/j.ceramint.2020.08.225. – Direct text // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47, Issue 1. – P. 1095–1100.
  13. Thermal stability and oxidation resistance of TiCrAlYO coatings on SS430 for solid oxide fuel cell interconnect applications / H. Chen, J. A. Lucas, W. Priyantha. – Text : electronic // Surface and Coatings Technology. – 2008. – Vol. 202, Issue 19. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2008.04.059.
  14. Garai, M. Mica (KMg3AlSi3O10F2) based glass-ceramic composite sealant with thermal stability for SOFC application / M. Garai, S. P. Singh, B. Karmakar. – Text : electronic // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Vol. 46, Issue 45. – doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.10.252.
  15. Properties of Perovskite-like Lanthanum Strontium Ferrite Ceramics with Variation in Lanthanum Concentration / D. B. Borgekov, A. L. Kozlovskiy, R. I. Shakirzyanov. – Text : electronic // Crystals. – 2022. – Vol. 12, Issue 12. – doi: 10.3390/cryst12121792.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».