SOEC测试后分析表明,与固体氧化物燃料电池(SOFC)条件相比,锌和/或锶阳离子在电解质层中的扩散增强、分层并且镍在电解质附近重新分布,导致降解率提高。样品由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的M. Cantoni提供。
能源材料

保护我们的星球

燃料电池的未来

气候变化、能源安全和环境保护是世界各国面临的共同挑战。要保护我们的星球持续发展,需要探索当前燃料技术的替代方案。这些替代方案有可能降低我们对石油的需求,并减少释放到大气中的有害排放物和温室气体量,从而成为富有吸引力的内燃机替代方案。   

多尺度结构分析所面临的挑战

例如,氢气的运输和储存是阻碍氢燃料广泛运用的一大障碍。在此类燃料电池广泛用于消费市场前,需要克服一些挑战。燃料电池的复杂、多层和多材料结构是另一大问题。这种复杂性使得难以对其微观结构进行深入调查——除非您拥有合适的工具。

与当前的燃料电池技术相同,下一代替代方案的效能取决于它们在一系列长度尺度上的物理化学特性。您需要纳米级至微米级的高分辨率成像和精确化学分析。但要真正了解是什么让燃料电池工作(或不工作),您需要在不损坏电池的情况下原位观察微观结构演变。

关联和连接显微镜是解决之道

要解决这一多尺度挑战,不仅需要高分辨率的关联显微镜,还需要无损操作技术,使您能够实时研究燃料电池的运行。通过这种方式,您可以获得对微观结构、失效模式以及任何现有缺陷影响的重要洞察。 

蔡司为您提供针对这一多尺度、多维问题的相关解决方案。全面且可互联的产品组合可提供在二维、三维和四维的不同长度尺度上分析燃料电池材料所需的工具。  

下步举措

详细了解用于燃料电池分析的显微镜产品组合,以及如何以高分辨率获取无损图像,从而在保持样品完整性的同时获得重要洞察。 

应用图像

  • 固体氧化物燃料电池阳极组件的图像分层定位,可见在中心电解质中的空洞分布。

    固体氧化物燃料电池阳极组件的图像分层定位,可见在中心电解质中的空洞分布。使用Xradia 810 Ultra成像(样品宽39 µm)。

  • 固体氧化物燃料电池(SOFC),使用Xradia 810 Ultra X射线显微镜XRM成像。

    固体氧化物燃料电池(SOFC),使用Xradia 810 Ultra X射线显微镜XRM成像。可以看到SOFC的三个层面:顶部的多孔阴极由镧-锶-锰酸盐(LSM)制成。LSM网络已根据其局部厚度进行了彩色标记。蓝色表示薄,红色表示厚。样品中心是电解质,由氧化钇稳定氧化锆(YSZ)制成。此处可见YSZ内存在的孔隙。一个孔隙被标记为橙色,因为其也连接到电池下部的孔隙网络。底部的阳极由镍和YSZ组成的多孔复合材料制成。YSZ显示为蓝色,镍显示为红色。渲染图使用ORS Visual SI Advanced生成。

  • 未喷镀聚合物电解质燃料电池微孔层的表面,使用GeminiSEM结合Inlens SE探测器在2 kV下成像。

    未喷镀聚合物电解质燃料电池微孔层的表面,使用GeminiSEM结合Inlens SE探测器在2 kV下成像。单个碳纳米颗粒用粘结剂聚集在一起,形成高度多孔的结构,同时可以看到直径<10 nm的孤立铂纳米颗粒分散在一些区域。

  • SOEC测试后分析表明,锌和/或锶阳离子在电解质层中的扩散增强

    SOEC测试后分析表明,与固体氧化物燃料电池(SOFC)条件相比,锌和/或锶阳离子在电解质层中的扩散增强、分层并且镍在电解质附近重新分布,导致降解率提高。三维FIB-SEM/EDS功能可对度量和拓扑特性进行测量并指导离散元模拟,以首先量化微观结构变化的程度,然后准确量化对电池性能的不利影响。数据集使用蔡司Crossbeam和Atlas 5采集。

  • 聚合物电解质燃料电池膜电极组件的三维渲染图。

    聚合物电解质燃料电池膜电极组件的三维渲染图。气体扩散层纤维以绿色和品红色显示,微孔层以蓝色显示,催化剂层以亮黄色显示,电解质以深黄色显示。使用Xradia Versa成像。

固体氧化物燃料电池的三维断层扫描图

由镍-钐掺杂氧化铈耐热复合材料制成。
使用蔡司Crossbeam成像。


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下载

    • ZEISS Atlas 5

      Characterization of Solid Oxide Electrolysis Cells by Advanced FIB-SEM Tomography

      页: 7
      文件大小: 1 MB
    • ZEISS Xradia 810 Ultra

      Characterizing Solid Oxide Fuel Cell Microstructures in 3D

      页: 6
      文件大小: 1 MB