Så här kan gigantiska nanopartiklar orsaka sputtereffekten i SOFC:er:
1. Bildning av gigantiska nanopartiklar:Under driften av en SOFC reagerar bränslegasen (vanligtvis väte) med syrejoner vid anoden för att producera vattenånga och frigöra elektroner. Dessa elektroner strömmar genom den externa kretsen och genererar en elektrisk ström. Men under vissa förhållanden, särskilt vid höga driftstemperaturer, kan anodmaterialet (typiskt nickel) börja agglomerera och bilda gigantiska nanopartiklar.
2. Sputtringsprocess:De gigantiska nanopartiklarna som bildas vid anodytan utsätts för högtemperaturmiljön och kan bli mycket rörliga. Dessa nanopartiklar kan sputteras eller kastas ut från anodytan på grund av kollisioner med högenergigasmolekyler eller joner som finns i bränslegasen.
3. Avsättning på katod:De förstoftade nanopartiklarna kan färdas över elektrolyten och avsättas på katodytan. Eftersom katoden vanligtvis är gjord av ett poröst material kan nanopartiklarna ackumuleras i dess porer, vilket blockerar den aktiva ytan och hindrar syrereduktionsreaktionen.
4. Prestandaförsämring:Ansamlingen av nanopartiklar på katodytan hindrar flödet av syre till katodens aktiva platser. Som ett resultat minskar reaktionshastigheten för syrereduktion, vilket leder till en minskning av den totala cellprestandan. Detta fenomen observeras vanligtvis som ett spänningsfall över tid i SOFC.
5. Ökad cellresistens:Närvaron av nanopartiklar på katodytan ökar också cellens inre motstånd. Detta beror på att nanopartiklarna fungerar som barriärer och hindrar överföringen av elektroner och joner mellan katoden och elektrolyten. Det ökade motståndet bidrar ytterligare till minskningen av cellprestanda.
6. Långtidsstabilitet:Sputtereffekten som orsakas av gigantiska nanopartiklar kan ha en betydande inverkan på den långsiktiga stabiliteten och hållbarheten hos SOFC. Långvarig exponering för höga temperaturer och bränslegas kan påskynda bildningen och sputtern av nanopartiklar, vilket leder till en gradvis försämring av cellprestanda över tiden.
Att minimera bildningen och påverkan av gigantiska nanopartiklar är en viktig utmaning i utvecklingen av högpresterande och hållbara SOFC. Olika strategier, såsom optimering av anodmikrostrukturen, modifiering av bränslesammansättningen och inkorporering av nanopartikelreducerande tekniker, har undersökts för att ta itu med sputtereffekten och förbättra den övergripande prestandan och stabiliteten hos SOFC.
