数学模型辅助的超声波喷涂,用于可扩展生产大尺寸固体氧化物电化学电池
Wuxiang Feng1,2, Wei Wu1, Zeyu Zhao1
1Energy & Environmental Science and Technology, Idaho National Laboratory, Idaho Falls, Idaho 83401, United States.
ACS applied materials & interfaces
|June 20, 2023
概括
超声波喷涂 (USC) 提供了一种可扩展的方法,用于生产能量设备所必需的薄固体氧化物薄膜. 本研究介绍了一种系统的USC优化过程,为高效的电化学电池产生高质量的薄膜.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 薄型固体氧化物薄膜对于用于脱碳的基于固体氧化物的电化学设备至关重要.
- 超声波喷涂 (USC) 为这些片提供了可扩展的生产优势.
- 之前的USC参数优化缺乏大规模制造的系统和实际方法.
研究的目的:
- 在数学模型的帮助下,开发一个系统和简单的USC参数优化过程.
- 为了实现最佳的设置,生产高质量,均的薄氧化物薄膜用于电化学设备.
- 为了验证USC制造的元件在质子陶电化学电池中的性能.
主要方法:
- 数学建模以协助超声波喷涂 (USC) 参数的优化.
- 系统优化USC参数用于薄氧化膜沉积.
- 使用USC存款组件制造和测试质子陶电化学电池的性能.
主要成果:
- 确定了最佳的USC设置,在1分钟内产生均的4 × 4 cm2氧气电极膜 (厚度约27微米).
- 片在微米和厘米尺度上都符合理想的厚度和均性标准.
- 美国加州大学制造的电池实现了0.88W cm-2的峰值功率密度 (燃料电池模式) 和1.36A cm-2在1.3V (电解模式) 的稳定性200小时.
结论:
- 拟议的USC优化过程是系统的,简单的,并且适用于可扩展生产薄氧化物薄膜的实用.
- 美国加州大学是一个有前途的技术,用于制造大型固体氧化物电化学电池,用于脱碳应用.
- 高性能质子陶电化学电池证明了USC制造的组件的有效性.
