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 (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.
Słowa kluczowe
Degradacja anody, ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem, gaz ziemny, elektryczność, wodór
