Technologia ogniw paliwowych w IEn Mariusz Krauz
1 Wstęp Opracowanie technologii ES-SOFC 3 Opracowanie technologii AS-SOFC 4 Podsumowanie i wnioski
1 Wstęp Rodzaje ogniw paliwowych Temperatura pracy Temperatura pracy Temperatura pracy Temperatura pracy Temperatura pracy 60-10 C 90-100 C 175-00 C 600-1000 C 600-1000 C Reakcje elektrochemiczne Reakcje elektrochemiczne Reakcje elektrochemiczne Reakcje elektrochemiczne Reakcje elektrochemiczne A: H H 1 : O H e H O K e 1 S : H O HO A: H ( OH) HO K 1 : O HO e ( OH) 1 S : H O HO e A: H H 1 : O H e H O K K e 1 S : H O HO A: H CO3 HO CO 1 : O CO e CO3 1 S : H O CO HO CO e A: H O HO 1 K 1 : H O H O : O e O S e
1 Wstęp Stałotlenkowe ogniwo paliwowe 1. Paliwo, najczęściej wodór, jest dostarczane do anody, podczas gdy z drugiej strony ogniwa jest dostarczany tlen z powietrza do katody.. Na katodzie elktrony reagują z tlenem tworząc ujemnie naładowane jony tlenowe. 3. Jony tlenowe przepływają przez elektrolit do anody. 4. Na anodzie wodór reaguje z jonami tlenu tworząc wodę i wolne elektrony. 5. Ujemnie naładowane elektrony nie mogą przedostać sie przez elektrolit do dodatnio naładowanej katody, więc muszą płynąć przez zewnętrzny obwód wytwarzając prąd. 6. Na katodzie elektrony reagują z tlenem tworząc jony tlenowe i proces się powtarza.
1 Wstęp Stałotlenkowe ogniwa paliwowe w konfiguracji rurowej
1 Wstęp Stałotlenkowe ogniwa paliwowe w konfiguracji płaskiej
1 Wstęp E Siła elektromotoryczna ogniwa (napięcie rozwartego ogniwa) Polaryzacja aktywacyjna Polaryzacja omowa Polaryzacja stężeniowa Dominacja polaryzacji aktywacyjnej Dominacja polaryzacji omowej Dominacja polaryzacji stężeniowej j
Opracowanie technologii ES-SOFC Technologia otrzymywania elektrolitu stałego Przygotowanie gęstwy do odlewania folii Odlewanie folii Suszenie odlanej folii Cięcie folii Wypalanie wyciętych formatek
Opracowanie technologii ES-SOFC Urządzenia do odlewania folii (IEn OC CEREL)
Opracowanie technologii ES-SOFC Schemat technologiczny nanoszenia anody Przygotowanie pasty do sitodruku anodowej warstwy przejściowej Przygotowanie pasty na warstwę anodową kontaktową Nadruk anodowej warstwy przejściowej Nadruk warstwy anodowej funkcjonalnej Nanoszenie warstwy anodowej kontaktowej Przygotowanie pasty na warstwę anodową funkcjonalną Wypalanie anody
Opracowanie technologii ES-SOFC Schemat technologiczny nanoszenia katody Przygotowanie pasty na katodową warstwę funkcjonalną Nadruk katodowej warstwy funkcjonalnej Przygotowanie pasty na kontaktową warstwę katodowa Nanoszenie kontaktowej warstwy katodowej Wypalanie
Opracowanie technologii ES-SOFC Urządzenia do sitodruku (IEn OC CEREL)
3 Opracowanie technologii AS-SOFC Stałotlenkowe ogniwo paliwowe na podłożu elektrolitowym (ES- SOFC) o wymiarach elektrolitu 100x100mm i grubości 130µm.
Opracowanie technologii ES-SOFC Mikrostruktura otrzymanych ogniw paliwowych na podłożu elektrolitowym.
Opracowanie technologii ES-SOFC A B Pomiary elektryczne otrzymanych ogniw ES-SOFC. A- charakterystyka prądowo-napięciowa, B- zestaw do badania ogniw.
Opracowanie technologii ES-SOFC 16
3 Opracowanie technologii AS-SOFC Porównanie budowy i proporcji wymiarowych elementów składowych ogniwa ESC i ASC
CVD EVD Spray coating Laser deposition PVD Zol-Żel Spray pyrolysis Odlewanie folii Sitodruk Prasowanie na sucho Slurry coating Plasma deposition 3 Opracowanie technologii AS-SOFC Temperatura pracy ogniwa, [ o C] Grubość elektrolitu, [μm] Metody wytwarzania warstw elektrolitu 1000 900 800 700 600 A 130 10 110 100 90 80 70 60 50 40 30 0 10 0 A 0 10 1
3 Opracowanie technologii AS-SOFC Technologia wspólnego odlewania Przygotowanie zawiesiny do odlewania elektrolitu Przygotowanie zawiesiny do odlewania podłoża anodowego Odlewanie folii elektrolitu Odlewanie warstwy anodowej funkcjonalnej Odlewanie podłoża anodowego Przygotowanie zawiesiny do odlewania warstwy anodowej funkcjonalnej Wspólne wypalanie
3 Opracowanie technologii AS-SOFC TZ-3Y-E TZ-3Y-E + NiO TZ-3Y-E + NiO + grafit Mikrostruktura półogniwa na podłożu anodowym wykonanego przez wspólne odlewanie podłoża anodowego, warstwy funkcjonalnej i elektrolitu
3 Opracowanie technologii AS-SOFC Katoda Elektrolit Elektrolit Anoda Mikrostruktura ogniwa na podłożu anodowym wykonanego przez wspólne odlewanie anody i elektrolitu
3 Opracowanie technologii AS-SOFC Mikrostruktura nośnika anodowego i elektrolitu otrzymanego metodą MIP
3 Opracowanie technologii AS-SOFC Mikrostruktura ogniwa na podłożu anodowym z elektrolitem wykonanym metodą MIP
3 Opracowanie technologii AS-SOFC Wytworzenie szczelnej warstwy elektrolitu metodą sitodruku Zdjęcie SEM powierzchni elektrolitu 8YSZ. Zdjęcie SEM przekroju ogniwa paliwowego. Grubość elektrolitu 10µm.
4 Podsumowanie i wnioski Uzyskane wyniki pozwalają na sformułowanie następujących wniosków: Metoda odlewania folii oraz zaproponowana technika jej wypalania pozwala na uzyskanie gęstych, gładkich płytek elektrolitu o wymiarach 100 x 100 mm i o grubościach 80-150µm. Skonstruowane ogniwo w wersji ESC wykazywało maksymalną gęstość mocy 370 mw/cm w 90 C, Metodę odlewania folii zastosowano z powodzeniem, do otrzymania płytek podłoża anodowego o składzie 56%wagTZ-3Y+ 44% wag. Ni
4 Podsumowanie i wnioski Opracowana autorska metoda zwana Metodą Impregnacji Powierzchniowej - MIP prowadzi do otrzymania na powierzchni porowatego podłoża anodowego ciągłej, gazoszczelnej warstwy elektrolitu o grubości poniżej 10µm. Skonstruowane ogniwo w wersji ASC wykazywało maksymalną gęstość mocy 50 mw/cm w temperaturze 800 C. Szczelną, cienką warstwę elektrolitu uzyskano również metodą wspólnego odlewania i sitodruku.
Dziękuję za uwagę!