Solid oxide fuel cells (SOFCs) are electrochemical devices based on solid oxide electrolytes that convert chemical energy in fuels directly into electricity via electrode reactions. SOFCs have the advantages of high energy efficiency and low emissions and hold the potential to be the power of the future, especially for small power generation systems (1-10 kW). Another unique advantage of SOFCs is the potential to directly utilize hydrocarbon fuels such as natural gas through internal reforming. However, all hydrocarbon fuels contain some sulfur compounds, which transform to hydrogen sulfide (H2S) in the reforming process and dramatically degrade the performance of the existing SOFCs. In this study, the interactions between sulfur contaminant (in the form of H2S) and the anodes for SOFCs were systematically investigated in order to gain a fundamental understanding of the mechanism of sulfur poisoning and ultimately to achieve rational design of sulfur-tolerant anodes. The sulfur poisoning behavior of the state-of-the-art Ni-YSZ cermet anodes was characterized using electrochemical measurements performed on button cells (of different structures) under various operating conditions, including H2S concentration, temperature, cell current density/terminal voltage, and cell structure. Also, the mechanisms of interactions between sulfur and the Ni-YSZ cermet anode were investigated using both ex situ and in situ characterization techniques such as Raman spectroscopy. Results suggest that the sulfur poisoning of Ni-YSZ cermet anodes at high temperatures in fuels with ppm-level H2S is due not to the formation of multi-layer conventional nickel sulfides but to the adsorption of sulfur on the nickel surface. In addition, new sulfur-tolerant anode materials were explored in this study. Thermodynamic principles were applied to predict the stability of candidate sulfur-tolerant anode materials and explain complex phenomena concerning the reactivity of candidate materials with hydrogen sulfide. The enhanced sulfur tolerance for some candidate anode materials such as (Gd2Ti1.4Mo0.6O7) is attributed to the transition of the surface from metal oxides to sulfides (i.e., MoS2), which enhances the catalytic activity and increases the number of reaction sites.

Thesis (Ph.D.)--University of Wollongong, 2008. / Typescript. Includes bibliographical references: page 205-222.

Thesis (Ph.D.) - University of St Andrews, April 2007.

Thesis (Ph.D)--Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, 2008. / Committee Chair: Meilin Liu; Committee Member: Arun Gokhale; Committee Member: Christoper Summers; Committee Member: Preet Singh; Committee Member: Tom Fuller. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

Includes bibliographical references (p. 115-129).

Thesis (Ph.D.)--Ohio University, June, 2005. / Title from PDF t.p. Includes bibliographical references (p. 89-92)

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Foram preparados eletrocatalisadores PtRu/C e PtSn/C utilizando feixe de elétrons para a redução dos íons metálicos em solução. Neste procedimento submeteu-se ao feixe de elétrons, sob agitação, soluções de água/etileno glicol (EG) e água/2- propanol, ambas contendo íons dos metais precursores e o suporte de carbono. Foram variadas as razões volumétricas água/2-propanol e água/etileno glicol, a razão atômica entre os metais, o tempo de irradiação e a taxa de dose. Os eletrocatalisadores obtidos foram caracterizados por análise de raios X por energia dispersiva (EDX), por difração de raios X (DRX), por voltametria cíclica (VC) e por espectroscopia Mössbauer. A atividade destes eletrocatalisadores na oxidação eletroquímica do metanol e do etanol foi avaliada por voltametria cíclica e cronoamperometria, utilizando a técnica do eletrodo de camada fina porosa, e pelas curvas de polarização obtidas em células a combustível unitárias operando diretamente com metanol e etanol. Os eletrocatalisadores PtRu/C preparados no meio reacional água/etileno glicol(EG) apresentaram razões atômicas diferentes das razões atômicas nominais. Os resultados sugerem que parte dos íons Ru(III) presentes no meio reacional não foram reduzidos. Os materiais obtidos apresentaram a fase cúbica de face centrada (cfc) da Pt e suas ligas e tamanhos de cristalito na faixa de 2 a 3 nm. Os eletrocatalisadores PtRu/C preparados em água/2- propanol apresentaram razões atômicas Pt:Ru similares às razões nominais. Os materiais obtidos apresentaram as fases cfc da platina e suas ligas e tamanhos de cristalito entre 3 e 4 nm. Os eletrocatalisadores PtSn/C preparados no meio reacional água/EG e água/2-propanol apresentaram razões atômicas Pt:Sn similares às razões nominais. Os materiais obtidos apresentaram as fases cfc da platina com tamanho de cristalitos na faixa de 2 a 4 nm e SnO2 (cassiterita). Os estudos sobre a oxidação eletroquímica de metanol e etanol mostraram que foi possível obter materiais com atividades similares e/ou superiores às atividades dos eletrocatalisadores comerciais PtRu/C (E-TEK) e PtSn/C (BASF), tidos como referência na área. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No presente trabalho, o desempenho elétrico dos eletrocatalisadores anódicos Pt/C, Pt3Sn/C(liga), Pt(SnO2)/C, Pt3(SnO2)/C e Pt9(SnO2)/C para as reações de eletro-oxidação de etanol, acetaldeído e ácido acético foi investigado. Testes em célula unitária mostraram que a adição de Sn seja na forma de liga Pt-Sn ou na forma de óxido (SnO2) coexistente com a platina metálica aumenta consideravelmente a resposta elétrica gerada pela célula. A melhora no desempenho elétrico dos catalisadores a base de PtSn é resultado da capacidade em oxidar o acetaldeído, majoritariamente produzido pelo Pt/C, em ácido acético. Pt3(SnO2)/C exibiu a melhor resposta elétrica tanto para o etanol quanto para acetaldeído como combustíveis, alcançando valores de densidade de potência máxima de 127 e 58 mW cm-2, respectivamente. Misturas entre os combustíveis mostraram que o acetaldeído é um composto que leva a uma rápida desativação dos catalisadores, enquanto que o ácido acético, embora não seja oxidado a CO2 nas condições de operação, não afeta o desempenho elétrico da célula. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP