Diagnostica per prestazioni e degradazione della cella a combustibile
Una delle principali condizioni per l’ingresso sul mercato degli stack di pile SOFC è un tasso di degradazione estremamente basso. Mentre le applicazioni stazionarie richiedono una vita della cella e dello stack che raggiunge circa le 20 000 ore, i generatori ausiliari stazionari richiedono oltre 40 000 ore di servizio. Questo obbiettivo è stato difficile da raggiungere finora, tranne che con progettazioni molto specifiche. I ricercatori hanno iniziato il progetto DESIGN (Degradation signatures identification for stack operation diagnostics), finanziato dall’UE, per identificare i segni caratteristici di fenomeni lenti che hanno, tuttavia, un effetto deleterio sia sulle prestazioni che sulla durata degli stack di pile SOFC a lungo termine. L’obbiettivo finale era quello di fornire un metodo affidabile per diagnosticare i guasti elaborando in modo adeguato i dati forniti da un numero ridotto di sensori. Assieme ai partner industriali del progetto GENIUS, i ricercatori hanno studiato gli insidiosi fenomeni che lentamente accelerano la degradazione degli stack di pile SOFC. Il loro punto di partenza era l’influenza delle condizioni di funzionamento dannose sui subcomponenti dello stack, incluse le singole celle, le singole unità ripetitive e i piccoli stack. Una vasta sperimentazione ha dimostrato che la maggior parte dei problemi della cella e dello stack sono collegati ai tipi di materiali utilizzati e alla loro qualità. Tuttavia, anche i malfunzionamenti del sistema giocano un ruolo chiave e sono stati suddivisi in effetti indotti dalle impurità e condizioni di funzionamento non conformi. Queste ultime includono proporzione tra ossigeno e carbonio in difetto ed elevato uso locale di combustibile. Uno studio su pericoli e operabilità ha reso possibile una valutazione sistematica dei malfunzionamenti dello stack e delle loro conseguenze. In base ai risultati, i ricercatori hanno sviluppato un programma di test per simulare la riossidazione dell’anodo a causa di un uso del combustibile aumentato localmente, uno dei fenomeni più gravi e frequenti, e altri due meccanismi di degradazione. Nell’ultima fase di DESIGN, questi segni distintivi specifici che caratterizzano i lenti fenomeni di degradazione su scala locale sono stati applicati per la diagnosi di stack di grandi dimensioni con un massimo di 64 celle e una strumentazione limitata. Significativamente, la riproducibilità dei segni distintivi identificati è stata confermata, in aggiunta alla loro affidabilità, quale base per uno strumento diagnostico per stack commerciali. Per mettere in campo lo strumento diagnostico, protocolli di collaudo e dati sono stati condivisi con il progetto DIAMOND, che è una continuazione diretta di DESIGN. La tecnologia diagnostica capace di individuare possibili guasti avrà un impatto significativo sul ciclo di vita degli stack di pile SOFC e consentirà alla fine una diffusa adozione da parte del mercato di questa promettente tecnologia.
Parole chiave
Cella a combustibile a ossido solido, generazione energia elettrica, tecnologia diagnostica, segni distintivi degradazione, funzionamento stack
