固体酸化物形電解セル
電解モードで運転される燃料電池は、主に酸素極/アノードと電解質の剥離が原因で劣化することがわかっている。同様の問題は電解質、燃料極界面でも発生する。この剥離は、電解質-アノード界面での高い酸素分圧の蓄積の結果生じるものである。電解質-アノードにある亀裂が高い酸素分圧を閉じ込め、周囲の材料に応力集中を引き起こす。発生する最大応力は、破壊力学の式を用いて、内部の酸素分圧を用い表すことができる。
σ m a x = 2 P O 2 ( c ρ ) 1 / 2 {\displaystyle \sigma _{max}=2P_{O2}({\frac {c}{\rho }})^{1/2}}
ここで、cは亀裂または間隙の長さ、 ρ {\displaystyle \rho } は亀裂または間隙の曲率半径である。もし σ m a x {\displaystyle \sigma _{max}} が材料の理論強度を超えると、亀裂が進展し、巨視的には剥離が発生する。
Virkarらは、電極にさらされる酸素分圧と電解質の抵抗特性から、内部の酸素分圧を計算するモデルを作成した。電解質-陽極界面における酸素の内圧は、次のようにモデル化された。
P O 2 a = P O 2 O x exp  [ − 4 F R T { E a r e a R e − ( E a − E N ) r i a R i } ] {\displaystyle P_{O2}^{a}=P_{O2}^{Ox}\exp \left[-{\frac {4F}{RT}}\left\{{\frac {E_{a}r_{e}^{a}}{R_{e}}}-{\frac {(E_{a}-E_{N})r_{i}^{a}}{R_{i}}}\right\}\right]}