Measurement of Cr-species volatilisation from chromium oxide exposed to humidified O2 and dry- and humidified CO2 atmospheres

Abstract

Ferritic stainless steel was promisingly used as solid oxide fuel cell (SOFC) interconnects instead of conventional materials, i.e., ceramics. However, the degradation of cells occurred by chromium poisoning from Cr2O3 from ferritic stainless steel. This research aims to investigate the measurement of Cr volatilisation from Cr2O3 by simulating the cathode atmosphere, consisting of humidified O2. The study also includes simulating the anode atmosphere using fuel gas. For investigation of the of the influence of containing gases on the cathode side, the Cr volatilisation behaviour was conducted in dry CO2 and humidified CO2 at 600–800 ◦C. The results showed that the optimum temperature for sintering was 1,300 ◦C. For the study effect of the atmosphere, it was found that the Cr volatilisation fluxes in the cathode atmosphere exhibited values based on predicted flux values from the gas transport theory. However, in the anode atmosphere, Cr-fluxes were higher than Cr-loss fluxed from calculation. This suggests a potential hypothesis that CO2 may react with Cr2O3, significantly accelerating Cr volatilisation in CO2 containing atmosphere.

การใช้งานเหล็กกล้าไร้สนิมเฟร์ไรต์เป็นแผ่นคั่นเซลล์ในเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็งที่อุณหภูมิสูงเพื่อทดแทนแผ่นคั่นเซลล์ที่ใช้เซรามิกแบบดั้งเดิม เกิดปัญหาการเสื่อมสภาพของเซลล์เนื่องจากการเกิดภาวะเป็นพิษของโครเมียมจากโครเมียมออกไซด์อันเกิดจากเหล็กกล้าไร้สนิมเฟร์ไรต์ งานวิจัยนี้จึงมุ่งศึกษาการวัดการระเหยของโครเมียมจากโครเมียมออกไซด์ผงอัดขึ้นรูป โดยจำลองบรรยากาศด้านแคโทดที่มีองค์ประกอบของแก๊สออกซิเจนและไอน้ำ การจำลองสัดส่วนไอน้ำอิงจากกระบวนการเผาไหม้ที่มีไอน้ำร้อยละ 40 โดยปริมาตร และจำลองบรรยากาศด้านแอโนดที่ใช้แก๊สเชื้อเพลิงที่มีแก๊สกลุ่มสารประกอบไฮโดรคาร์บอน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ และไอน้ำเจือปน อนึ่งเพื่อศึกษาอิทธิพลของแก๊ส จึงศึกษาพฤติกรรมการระเหยของโครเมียมออกไซด์ในบรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำที่อุณหภูมิใช้งานเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็งในช่วง 600–800 ◦C จากการทดลองพบว่าอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการเผาผนึกคือ 1,300 ◦C ในส่วนของอิทธิพลบรรยากาศอบวัดการระเหยของโครเมียม บรรยากาศด้านแคโทดอัตราการระเหยหรือฟลักซ์การระเหยสอดคล้องกับค่าการทำนายฟลักซ์การระเหยของโครเมียม โดยใช้สมดุลทางเธอร์โมไดนามิกส์ ขณะที่บรรยากาศด้านแอโนดฟลักซ์การระเหยมีค่ามากกว่าค่าการทำนายฟลักซ์การระเหยของโครเมียม งานวิจัยนี้จึงเสนอสมมติฐานที่เป็นไปได้จากการที่แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เกิดปฏิกิริยากับโครเมียมออกไซด์เร่งปฏิกิริยาการระเหยของโครเมียมให้เกิดขึ้นมากกว่าสมดุลทางเธอร์โมไดนามิกส์อย่างมีนัยสำคัญ