Od materiałów po budowę ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem i elementem nośnym z metalu
Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem (SOFC) to wysoce sprawne urządzenia wytwarzające elektryczność i ciepło z różnych paliw, w tym gazu ziemnego czy biogazu. W projekcie RAMSES (Robust Advanced Materials for metal Supported SOFC) wykorzystano pewną innowacyjną koncepcję, aby rozwiązać niektóre problemy związane z SOFC. Dotyczą one niskiej sprawności pracy cyklicznej wynikającej z rozszerzania termicznego lub naprężeń redoks oraz zanieczyszczenia katody chromem. Koncepcja ta jest oparta na ogniwach z elementem nośnym z metalu (MSC), uważanych za nową generację ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem ze względu na swoją niezawodność i niskie koszty. Rzeczywiście MSC powinny cechować się mniejszą awaryjnością dzięki bardziej solidnej mechanice, a także mniejszymi kosztami produkcji dzięki ograniczeniu ilości drogich materiałów ceramicznych do minimum. Zmniejszeniu ulegną też koszty wyposażenia dodatkowego ze względu na niższą temperaturę pracy. Kluczowe jest jednak zwiększenie ich wydajności pod kątem pracy w temperaturze poniżej 700°C, a także poprawa trwałości i udoskonalenie procesu wytwarzania. Z tych względów powstał projekt RAMSES, finansowany ze środków UE, mający poszerzyć granicę technologii SOFC. Założeniem technicznym projektu RAMSES było opracowanie ogniwa SOFC o zwiększonej żywotności, pomimo niskiej temperatury pracy (~700°C). Cel ten osiągnięto, uzyskując jednocześnie wysoką wydajność dzięki zastosowaniu zaawansowanych niskotemperaturowych materiałów elektrodowych i elektrolitowych. Uczestnicy projektu przystosowali materiały, komponenty i procesy do wymogów ogniw MSC. Dokonano optymalizacji powlekanego podłoża metalowego, spełniającego kryteria niskich kosztów, spiekalności w atmosferze o niskim stopniu utlenienia oraz odporności na utlenianie. Specjalny proszek elektrolitowy pozwolił na obniżenie temperatury spiekania o 100°C w porównaniu z referencyjnym proszkiem 8YSZ. Ponadto ustalono, że zmodyfikowana anoda Ni-8YSZ oraz katoda z tlenku niklu osiągają niską odporność na polaryzację, wynoszącą odpowiednio 0,37 i mniej niż 0,20 oma na cm² przy 600°C. Stopniowe zastosowanie tych materiałów w MSC pozwoliło na poprawę wydajności w rurowych ogniwach MSC. Uzyskano trwałość wynoszącą ponad 500 godzin i 500 cykli termicznych. Europejskie wspólne przedsiębiorstwo na rzecz technologii ogniw paliwowych i technologii wodorowych (FCH JU) oraz Międzynarodowe Partnerstwo na rzecz Wodoru i Ogniw Paliwowych w Gospodarce (IPHE) zidentyfikowały koszty i trwałość jako największe bariery utrudniające szerokie zastosowanie SOFC. Dofinansowany ze środków FCH-JU projekt RAMSES przyczynił się do poprawy trwałości i obniżenia kosztów SOFC, co pomoże wprowadzić je na rynek w ciągu najbliższych lat.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem, ogniwo z elementem nośnym z metalu, elektrody, elektrolit, ceramiczne
