Pilas de combustible de una sola cámara, basadas en electrolitos de ceria dopada con gadolinia y operadas con metano y propano

• Main Authors: Piñol, S., Segarra, M., Capdevila, X. G., Roa, J. J., Morales, M.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Elsevier 2010-02-01
• Series: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
• Subjects: SOFC; single-chamber; gadolinia doped ceria (GDC); metane; propane; monocámara; ceria dopada con gadolinia (GDC); metano; propano
• Online Access: http://ceramicayvidrio.revistas.csic.es/index.php/ceramicayvidrio/article/view/13/12

The main advantages of single-chamber solid oxide fuel cells (SOFCs) respect to dual-chamber SOFCs, are to simplify the device design and to operate in mixtures of hydrocarbon (methane, propane…) and air, with no separation between fuel and oxidant. However, this design requires the use of selective electrodes for the fuel oxidation and the oxidant reduction. In this work, electrolyte-supported SOFCs were fabricated using gadolinia doped ceria (GDC) as the electrolyte, Ni + GDC as the anode and LSC(La<sub>0.5</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>)-GDC-Ag<sub>2</sub>O as the cathode. The electrical properties of the cell were determined in mixtures of methane + air and propane + air. The influence of temperature, gas composition and total flow rate on the fuel cell performance was investigated. As a result, the power density was strongly increased with increasing temperature, total flow rate and hydrocarbon composition. Under optimized gas compositions and total flow conditions, power densities of 70 and 320 mW/cm<sup>2</sup> operating on propane at a temperature of 600ºC and methane (795ºC) were obtained, respectively.<br><br>La principal ventaja de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFCs) de una sola cámara, frente a las bicamerales convencionales, es que permiten simplificar el diseño del dispositivo y operar con mezclas de hidrocarburos (metano, propano...) y aire, sin necesidad de separar ambos gases, por medio del uso de electrodos selectivos a la oxidación del combustible y reducción del oxidante. En el presente trabajo, se han fabricado monopilas soportadas sobre electrolitos de ceria dopada con gadolinia (GDC), de 200 µm de espesor, usando Ni-GDC como ánodo y LSC(La<sub>0.5</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>)-GDC-Ag<sub>2</sub>O como cátodo. Las propiedades eléctricas de la celda se determinaron en un reactor de una sola cámara, usando mezclas de metano + aire y propano + aire. Se investigó la influencia de la temperatura, de las presiones parciales del combustible y oxígeno, y de la velocidad de flujo total sobre el rendimiento de las pilas preparadas. Así, la densidad de potencia se incrementó fuertemente con el aumento de la temperatura, la velocidad de flujo total y la composición de hidrocarburo. Una vez se optimizaron los parámetros operacionales, la celda presentó unas densidades de potencia máximas de 70 y 320 mW/ cm<sup>2</sup>, operando con propano a 600ºC y con metano a 795ºC, respectivamente.