Diagnostyka wydajności i degradacji ogniw paliwowych
Jednym z czynników koniecznych do wprowadzenia ogniw SOFC na rynek jest wolne tempo degradacji. O ile w urządzeniach nieprzenośnych wymagana żywotność ogniw i stosów wynosi około 20 000 godzin, to pomocnicze stacjonarne jednostki zasilania wymagają ponad 40 000 godzin eksploatacji. Cel ten był do niedawna trudny do osiągnięcia, z wyjątkiem bardzo specyficznych konstrukcji. Naukowcy zainicjowali projekt DESIGN (Degradation signatures identification for stack operation diagnostics), finansowany ze środków UE, aby określić cechy charakterystyczne powolnie przebiegających zjawisk, mających szkodliwy wpływ zarówno na wydajność, jak i trwałość stosów SOFC w trakcie długotrwałej eksploatacji. Głównym założeniem było opracowanie skutecznej metody diagnostyki wad poprzez odpowiednie przetwarzanie danych dostarczanych przez niewielką liczbę czujników. Wraz z partnerami przemysłowymi z projektu GENIUS uczeni zbadali zjawiska powodujące powolne przyspieszenie degradacji ogniw SOFC. Za punkt wyjścia obrano wpływ szkodliwych warunków eksploatacyjnych na podzespoły stosów, w tym poszczególne ogniwa, pojedyncze moduły i małe stosy. Szeroko zakrojone prace doświadczalne pokazały, że większość problemów z ogniwami i stosami dotyczy rodzaju użytego materiału i jego jakości. Ważną rolę pełnią jednak także dysfunkcje systemowe, które sklasyfikowano zgodnie z efektami powodowanymi przez wady oraz nietypowymi warunkami eksploatacyjnymi. Druga z kategorii obejmuje naruszenie stosunku ilości tlenu do węgla i wysokie miejscowe zużycie paliwa. Analiza zagrożeń i działania pozwoliła na systematyczną ocenę wad ogniw i ich konsekwencji. W oparciu o jej wyniki uczeni opracowali plan testów polegających na symulacji ponownego utleniania anody poprzez lokalne zwiększenie zużycia paliwa — jedno z najpoważniejszych i najczęstszych zjawisk — oraz dwa inne mechanizmy degradacji. W ostatniej fazie projektu DESIGN te konkretne cechy wskazujące na powolne procesy degradacji w skali lokalnej rozszerzono pod kątem diagnostyki całych stosów składających się nawet z 64 ogniw oraz nieograniczonej ilości przyrządów. Co ważne, potwierdzono powtarzalność zidentyfikowanych oznak, a także możliwość ich wykorzystania jako narzędzia diagnostycznego do badania ogniw dostępnych na rynku. W celu wprowadzenia narzędzia na rynek, protokoły i dane z testów przekazano inicjatywie DIAMOND, stanowiącej bezpośrednią kontynuację projektu DESIGN. Technologia diagnostyczna pozwalająca na wykrywanie potencjalnych usterek będzie miała bardzo istotne znaczenie dla wydłużenia żywotności ogniw SOFC i w dalszej perspektywie przyczyni się do upowszechnienia urządzeń tego rodzaju.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem, wytwarzanie energii elektrycznej, technologia diagnostyczna, oznaki degradacji, działanie w stosach
