Skip to main content

Automated mass-manufacturing and quality assurance of Solid Oxide Fuel Cell stacks

Article Category

Article available in the folowing languages:

Tańsze ogniwa paliwowe dzięki automatyzacji

Bateria ogniw paliwowych stanowi najdroższy element ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC). Unijni badacze opracowali nowy proces masowej produkcji baterii, który umożliwia poprawę kontroli jakości oraz obniżenie kosztów.

Zmiana klimatu i środowisko
Energia

Ogniwa typu SOFC stanowią jedną z najbardziej obiecujących technologii energii odnawialnej, oferującą ogromny potencjał w zakresie redukcji emisji dwutlenku węgla oraz tlenków siarki i azotu. Niestety, pojedyncze ogniwo jest w stanie wytwarzać zaledwie kilkadziesiąt watów energii elektrycznej. Rozwiązaniem tego problemu jest zbudowanie baterii ogniw, by w ten sposób uzyskać znacznie większą moc – podobny zabieg stosuje się między innymi w akumulatorach. Z punktu widzenia masowej produkcji technologia ogniw paliwowych wciąż znajduje się w powijakach, a dopiero niedawno poszczególne technologie udało się rozwinąć na tyle, by umożliwić realną produkcję na szerszą skalę. Co więcej, pomimo znaczących postępów w rozwoju technologii SOFC w ciągu ostatnich dziesięciu lat, największą przeszkodą na drodze do jej szerszego wykorzystania w realnych zastosowaniach pozostaje wysoki koszt ogniw. Z tego powodu nakłady na rozwój najnowocześniejszych ogniw i systemów SOFC koncentrują się na obniżaniu kosztów oraz poprawie jakości baterii ogniw poprzez rezygnację z prac wykonywanych ręcznie i zastąpienie ich zautomatyzowanymi operacjami na kluczowych etapach procesu wytwarzania baterii oraz kontroli jakości.

Kontrola jakości kluczem do sukcesu

Zespół finansowanego przez Unię Europejską projektu qSOFC zajął się rozwiązaniem tego problemu, opracowując procesy automatyzacji i kontroli jakości na potrzeby produkcji baterii SOFC. Jak zauważa koordynator projektu Markus Rautanen, „takie rozwiązania pozwolą na produkcję znacznie tańszych baterii ogniw SOFC charakteryzujących się wyższą jakością, co przyczyni się do dalszej popularyzacji tej technologii”. Badaczom udało się zoptymalizować kluczowe etapy produkcji ogniw i kontroli ich jakości dzięki opracowaniu i przetestowaniu szybkiego procesu wytwarzania. „Nowy proces obejmuje zautomatyzowany system kontroli oparty na komputerowym rozpoznawaniu trójwymiarowych obrazów (MVIS), który wykrywa wady i problemy powstające w procesie produkcji”, wyjaśnia Rautanen. Partnerzy skupieni wokół projektu zaprojektowali i zbudowali nowy system kontroli wykorzystujący technologię rozpoznawania obrazów, który pozwala na przeprowadzenie kompleksowej kontroli ogniwa paliwowego w ciągu 10 sekund i wykrycie najdrobniejszych wad o wielkości nawet 10 μm. „Opracowaliśmy również macierz testową pozwalającą na zastosowanie zaawansowanego narzędzia, jakim jest analiza rozkładu czasów relaksacji (DRT), w celu oceny i kwantyfikacji parametrów ogniw, baterii oraz ich poszczególnych elementów”, zauważa Rautanen.

Światowy lider

Analiza DRT to narzędzie pozwalające na interpretację danych ze spektroskopii impedancji elektrochemicznej, które umożliwia rozróżnienie oraz klasyfikację wszystkich procesów elektrochemicznych. Jak twierdzi Rautanen: „Metoda DRT pozwala na badanie jakości oraz jednorodności danej partii ogniw, a także wykrywanie wszelkich anomalii lub potrzeb wprowadzenia konkretnych usprawnień ze znacznie większą szybkością i dokładnością niż dotychczas wykorzystywane rozwiązania”. Wdrożenie tej metody pozwoli producentom ogniw na prowadzenie kontroli jakości poszczególnych partii w celu oceny jednorodności reakcji elektrochemicznej i stworzenia statystycznie istotnego zestawu danych umożliwiającego badanie jakości, który posłuży za wzorzec do analizy porównawczej wpływu zmian na proces produkcyjny. Zmiany te mogą obejmować między innymi nowe źródła surowców wykorzystywanych w produkcji, a także usprawnienia oraz modyfikacje architektury ogniw. Podobne zjawiska są znane od lat w innych gałęziach przemysłu wykorzystujących produkcję masową. Dzięki opracowaniu procesów wytwarzania oraz kontroli jakości z myślą o produkcji masowej baterii oraz ich elementów, w tym pojedynczych ogniw paliwowych, zespół projektu qSOFC wzmocnił pozycję Europy jako lidera w dziedzinie technologii wodorowych i ogniw paliwowych. „Tego rodzaju rozwiązania stanowią obietnicę bardziej zrównoważonej przyszłości oraz nowych możliwości biznesowych dla przedsiębiorstw w całej Unii, a jednocześnie zwiększają konkurencyjność europejskiego przemysłu ogniw paliwowych, przynosząc tym samym korzyści całemu społeczeństwu”, podsumowuje Rautanen.

Słowa kluczowe

qSOFC, bateria, produkcja, SOFC, zapewnianie jakości ogniw SOFC, MVIS, DRT, ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem, system kontroli oparty na rozpoznawaniu obrazów, rozkład czasów relaksacji

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania