Sviluppo di una cella a combustibile metallo-supportata a ossido solido a partire dai materiali
Le celle a combustibile a ossido solido (SOFC) sono dei dispositivi per produrre elettricità con un’elevata efficienza e calore a partire da vari tipi di combustibile, tra cui il gas naturale o biogas. Il progetto RAMSES (Robust Advanced Materials for metal Supported SOFC) ha adottato un’idea innovativa per affrontare alcuni dei problemi che ostacolano le SOFC. Questi problemi includono le scarse prestazioni del ciclo dovute a espansione termica o a stress ossidativi e l’avvelenamento da cromo del catodo. Questa idea innovativa si basa sulle celle metallo-supportate (MSC), che per la loro resistenza ed efficienza in termini di costi sono considerate come la prossima generazione delle celle a combustibile a ossido solido. Le MSC promettono infatti una riduzione dei guasti meccanici, poiché questo tipo di cella è intrinsecamente più robusta dal punto di vista meccanico, e una diminuzione del costo di produzione ottenuta portando al minimo la quantità dei costosi materiali ceramici. Si otterrà anche la riduzione del costo dei componenti della parte restante dell’impianto grazie a una temperatura di funzionamento più bassa. Tuttavia, il miglioramento delle loro prestazioni per il funzionamento a temperature inferiori a 700°C è un punto chiave, oltre alla loro durata e al loro percorso di produzione. Di conseguenza, il progetto RAMSES finanziato dall’UE è stato creato per superare i limiti della tecnologia SOFC. L’obbiettivo tecnico di RAMSES era quello di sviluppare una cella SOFC con una migliore durata nonostante la bassa temperatura di funzionamento (~700°C). Questo obbiettivo è stato raggiunto, ottenendo allo stesso tempo delle prestazioni elevate, mediante l’utilizzo di materiali avanzati a bassa temperatura per elettrodi ed elettroliti. Nell’ambito del progetto, materiali, componenti e procedimento sono stati adattati per le MSC. Di conseguenza, un substrato metallico rivestito è stato ottimizzato, in modo da soddisfare gli obbiettivi relativi a basso costo, sinterizzabilità in atmosfera scarsamente ossidante e resistenza all’ossidazione. Una polvere personalizzata per l’elettrolita ha consentito di ridurre la temperatura di sinterizzazione di 100°C in confronto a una polvere 8YSZ di riferimento. Inoltre, si è scoperto che un anodo modificato Ni-8YSZ e anche un catodo nichelato raggiungono basse resistenze di polarizzazione, pari rispettivamente a 0,37 e a meno di 0,20 Ohm.cm² a 600°C. La progressiva applicazione di questi materiali nelle MSC ha portato a migliori prestazioni in MSC tubolari. Una durata superiore alle 500 ore e ai 500 cicli termici è stata raggiunta con successo. L’Iniziativa europea congiunta su celle a combustibile e idrogeno (FCH JU) e il Partenariato internazionale per idrogeno e celle a combustibile nell’economia (IPHE) hanno identificato nel costo e nella durata le principali barriere a un’adozione diffusa delle SOFC. Il progetto RAMSES, finanziato dalla FCH-JU, ha quindi contribuito a rendere le SOFC più robuste e convenienti per un ingresso sul mercato nell’immediato futuro.
Parole chiave
Cella a combustibile a ossido solido, cella metallo-supportata, elettrodi, elettrolita, ceramico
