Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 68, Issue: 2, 2016
  • pp: 162-167

download: article (PL)

Selected research problems of the oxygen reduction reaction at the Pt|8YSZ interface

Abstract (EN)

This paper presents the investigations of the oxygen reduction process in the O2|Pt| 8YSZ (8 mol.% Y2O3 in ZrO2) system using the quasi metallic point and porous platinum electrodes. The chronoamperometric and electrochemical impedance spectroscopy measurements were performed for the O2|Pt|8YSZ system at 700 °C after polarization of the platinum electrode with a negative overpotential of DE = -0.5. The increase in absolute values of current, which flowed in the O2|Pt|8YSZ half-cell, was noticed for both types of platinum electrodes during the long-term polarization. Electrochemical impedance spectroscopy investigations revealed a decrease of ohmic resistance Rs which should not be dependent on the applied voltage. The decrease in polarization resistance Rp was also noticed, being mainly related to the electrode reaction kinetics of oxygen reduction. The main reason for the observed changes in the Rp and Rs resistances during the long time polarization at the overpotential of -0.5 V could be related to variations of the Pt electrode geometry. These facts were confirmed by the SEM/EDX analysis. The platinum electrode polarized with the negative overpotential is a source of dendrite-like particles deposited  on the 8YSZ surface. Thus, expansion of the metallic dendrite structure in the place of direct contact with the quasi point electrode caused a increase of the three phase boundary area. As a consequence of this, a continuous increase in current for the O2|Pt|8YSZ system was observed. These observations agree with the XPS/ESCA investigations which identified changes in the surface structure of the 8YSZ ceramic electrolyte that occurred during the long-time polarization.

Keywords (EN): 8YSZ solid electrolyte, Pt quasi-point electrode, Oxygen reduction reaction, SOFC

Wybrane problemy badawcze reakcji redukcji tlenu na granicy faz Pt|8YSZ

Dudek M., Tomczyk P., Raźniak A., Lis B., Reben M., Gajek M., Socha R.P.

Abstract (PL)

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań procesu redukcji tlenu w układzie O2|Pt|8YSZ (elektrolit tlenkowy 8% mol. Y2O3 w ZrO2) w warunkach pracy ogniwa SOFC z wykorzystaniem pseudopunktowych elektrod platynowych litych i porowatych. Na podstawie pomiarów chronoamperometrycznych wykonanych dla układu O2|Pt|8YSZ po spolaryzowaniu elektrody platynowej nadnapięciem ujemnym DE = -0,5 V w temperaturze 700 °C, stwierdzono wzrost wielkości prądu w przypadku obu typów elektrod w czasie długotrwałej polaryzacji.  Zastosowanie metody elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej pozwoliło na  stwierdzenie zmniejszenia się oporności omowej Rs, której wielkość nie powinna zależeć od przyłożonego nadpotencjału. Znacznemu obniżeniu uległa również wielkość oporności polaryzacyjnej (aktywacyjnej) Rp, co związane jest głównie z kinetyką reakcji elektrodowej redukcji tlenu. Przyczyną obserwowanych zmian oporności Rp oraz Rs po spolaryzowaniu nadnapięciem ujemnym może być poszerzenie strefy reakcji redukcji tlenu. Fakt ten potwierdziły obserwacje wykonane metodą mikroskopii skaningowej powierzchni kontaktu elektrody Pt z elektrolitem 8YSZ dla „zamrożonych” próbek po badaniach elektrochemicznych. Platynowa elektroda spolaryzowana ujemnym nadnapięciem jest źródłem migrującego metalu, który rozprzestrzenia się wokół elektrody w formie dendrytu. Tak więc rozbudowa  metalicznej struktury dendrytowej w strefie przyelektrodowej zwiększa pole kontaktu trzech faz, na którym zachodzi reakcja redukcji tlenu. Czynniki te prowadzą do wzrostu wielkości prądu płynącego przez półogniwo: O2|Pt|8YSZ. Dodatkowo w wyniku pomiarów wykonanych metodą XPS/ESCA zidentyfikowano zmiany struktury powierzchniowej warstwy elektrolitu 8YSZ w obszarze kontaktu z elektrodą Pt, zachodzące pod wpływem długotrwałej polaryzacji.

Keywords (PL): elektrolit tlenkowy 8YSZ, pseudopunktowa elektroda Pt, redukcja tlenu, stałotlenkowe ogniwo paliwowe

return…