Modele degradacji anody w ogniwach paliwowych
Ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną w cząsteczkach w energię elektryczną bez spalania. Ogniwa SOFC są w stanie przekształcić w elektryczność wiele rodzajów paliwa, jak np. gaz ziemny, gaz węglowy, biogaz lub wodór. Ponadto, charakteryzują się one bardzo wysoką wydajnością i niskimi kosztami materiałowymi. Przeszkodą w powszechnym wprowadzeniu ich na rynek jest ich degradacja po stronie anodowej i pomimo ogromnych starań problem ten nie został jeszcze rozwiązany. Duże, wielonarodowe konsorcjum zainicjowało finansowany przez UE projekt ROBANODE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Understanding and minimizing anode degradation in hydrogen and natural gas fuelled SOFCs), w celu przeprowadzenia pogłębionego modelowania i badań eksperymentalnych, co ma przyczynić się do ważnego przełomu. Uczestnicy konsorcjum skupili się na zmodyfikowanych, nowoczesnych anodach wykonanych z cermetu na bazie niklu (Ni). Ogniwa paliwowe składają się z zestalonego elektrolitu tlenkowego lub elektrolitu ceramicznego, rozdzielającego anodę i katodę, które zasadniczo stanowią powłoki elektrolitu. Po stronie anodowej paliwo ulega utlenianiu. Poza doskonałą wydajnością i elastycznością co do rodzaju paliwa, bardzo wysokie temperatury pracy ułatwiają reforming paliwa bezpośrednio w ogniwie paliwowym bez konieczności reformingu zewnętrznego. W wodorowych SOFC, degradacja anody charakteryzuje się głównie zmianami mikrostrukturalnymi. W przypadku ogniw SOFC zasilanych gazem ziemnym lub innymi węglowodorami, odkładanie węgla i zatruwanie siarką to główne rodzaje degradacji mające wpływ zarówno na aktywność elektrochemiczną, jaki i aktywność katalityczną w przypadku reformingu wewnętrznego. Badacze rozpoczęli prace nad umożliwieniem planowanych modyfikacji anod wykonanych z cermetu na bazie niklu (Ni) dla każdego rodzaju paliwa, aby uzyskać pożądane zmiany we właściwościach. Wynikiem szeroko zakrojonej kampanii eksperymentalnej i prac teoretycznych prowadzonych w ramach projektu ROBANODE było opracowanie dwóch modeli matematycznych umożliwiających symulowanie kluczowych procesów zachodzących podczas degeneracji anody ogniw SOFC. Ponadto, sugerowane modyfikacje w celu zwiększenia trwałości budzą zainteresowanie środowisk przemysłowych, w szczególności ze względu na obiecującą odporność modyfikowanych złotem anod niklowych na osadzanie się węgla i działanie siarki podczas reformingu parowego bogatego w metan. Oczekuje się, że możliwość komercjalizacji metody modyfikacji proszków zrekompensuje wyższy koszt wynikający z zastosowania złota. Wyniki prac zostały szeroko rozpowszechnione w prestiżowych czasopismach branżowych oraz na konferencjach międzynarodowych. Projekt ROBANODE poszerzył wiedzę, co powinno zwiększyć trwałość anod SOFC, prowadząc do większego upowszechnienia na rynku tego niskoemisyjnego źródła energii elektrycznej.
