Nowe testy pozwalają poznać przyczynę degradacji ogniw paliwowych

Okres życia i niezawodność to dwie najważniejsze kwestie, od których zależy pomyślna komercjalizacja technologii ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC). Naukowcy, wspierani ze środków UE, ujawnili mechanizmy, które odpowiadają za obniżanie wydajności SOFC.

Okres życia jednostki SOFC produkującej moc musi wynosić co najmniej 10 lat, co odpowiada przedziałowi od 40 000 do 100 000 godzin pracy. By poziomy mocy podczas pracy SOFC pozostały w dopuszczalnych granicach, konieczne jest zredukowanie nieprzerwanej, stopniowej utraty wydajności, decydującej o długotrwałym zachowaniu stosu.

W ramach projektu SOFC-LIFE (Solid oxide fuel cells – Integrating degradation effects into lifetime prediction models) naukowcy zidentyfikowali prawdopodobny główny czynnik degradacji SOFC. Z prac doświadczalnych wynika, że głównym czynnikiem wpływającym na gęstość mocy wyjściowej SOFC jest obszar styku powierzchni międzyfazowych między katodą ogniwa a złączem metalowym.

Aby dojść do takiego wniosku, zespół zdekonstruował stos SOFC do postaci elementów wyizolowanych i powierzchni międzyfazowych wystawionych na działanie typowych warunków pracy systemu SOFC. Następnie dokonał ewaluacji komponentów w regularnych odstępach czasu w ramach podejścia opartego na upływie czasu w kontekście zjawisk zachodzących po stronie anody i po stronie katody.

Badacze zwrócili uwagę na cztery kluczowe mechanizmy zdolne do zwiększania oporu elektrycznego stosu SOFC. Są to zmiany morfologiczne zachodzące w czasie w mikrostrukturze anody, korozja niklowanej stali nierdzewnej różnych metalowych części konstrukcyjnych, stabilność elektrokatalizy katody i procesy zachodzące na powierzchni międzyfazowej między katodą a złączem metalowym.

Zaobserwowano, że jedynie to ostatnie zjawisko miało znaczny wpływ na moc wyjściową SOFC. Naukowcy zwrócili uwagę, że rezystancja zestyku między katodą a złączem wyraźnie wzrasta z czasem.

Poza testami eksperymentalnymi naukowcy opracowali modele wysokopoziomowe zdolne do prognozowania zjawisk jednorazowej degradacji i ich połączonych skutków dla SOFC oraz pojedynczych jednostek powtarzalnych na rzecz dłuższej żywotności SOFC.

W ramach dotychczasowych badań praktycznie nie udało się z powodzeniem połączyć zjawisk degradacji w elementach odizolowanych i powierzchniach międzyfazowych z jednostkami wielkoskalowymi jak SOFC lub pojedyncze jednostki powtarzalne. Jednak zespół SOFC-LIFE w dużym stopniu przyczynił się do tego za sprawą znakomitej pracy eksperymentalnej i teoretycznej.

data ostatniej modyfikacji: 2016-03-07 10:05:49
Komentarze


Polityka Prywatności