Alternatywne technologie energetyczne: SOFC

Alternatywne technologie energetyczne stały się w ostatnich latach dominującym obszarem badań i innowacji. Wśród nich, technologia stałotlenkowych wysokotemperaturowych ogniw paliwowych SOFC (ang. Solid Oxide Fuel Cell) wydaje się być przyszłościowa i obiecująca. Według Solid State Energy Conversion Alliance (USA) użycie ogniw SOFC jest szczególnie uzasadnione w systemach energetycznych bazujących na zgazowaniu węgla, co w znaczący sposób może poprawić efektywność pracy całego systemu. Obecnie opracowywane są zintegrowane układy IGFC (ang. Integrated Gasification Fuel Cell), o mocach rzędu MW, do zastosowania na skalę przemysłową do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Przewiduje się, że do 2015 roku zostaną przedstawione prototypowe konstrukcje, w których ogniwo SOFC zasilane będzie gazem syntezowym. Użycie takiego paliwa powoduje, że anoda (na którą podawane jest paliwo) musi cechować się specyficznymi właściwościami, takimi jak tolerancja na osadzanie węgla oraz odporność na wpływ związków siarki. Aktualnie stosowane materiały anodowe z grupy cermetów (np. Ni-YSZ) wykazują doskonałe właściwości, gdy użytym paliwem jest wodór, natomiast w przypadku zasilania ogniwa gazem syntezowym nie pracują dobrze, a ponadto ulegają degradacji. Konieczne jest zatem opracowanie nowych materiałów anodowych, które zapewnią efektywną i stabilną pracę ogniwa SOFC zasilanego gazem syntezowym.

Celem naukowym niniejszego projektu są badania składu fazowego, właściwości strukturalnych, niestechiometrii tlenowej, właściwości transportowych, rozszerzalności termicznej, jak również pomiary właściwości elektrochemicznych nowej grupy perowskitów podwójnych o składzie Sr_2-xBa_xMMoO_6-δ (M: Mg, Mn, Fe, Co, Ni) w celu znalezienia korelacji pomiędzy właściwościami fizykochemicznymi tych materiałów a ich właściwościami elektrochemicznymi w ogniwie SOFC. Znalezienie tej korelacji pozwoli na opracowanie i optymalizację materiału anodowego, który będzie charakteryzował się niską wartością rezystancji powierzchniowej, mieszanym przewodnictwem jonowo-elektronowym, odpornością na osadzanie węgla oraz odpornością na wpływ związków siarki i który będzie można zastosować w ogniwach SOFC zasilanych gazem syntezowym.

W ramach projektu planuje się systematyczne i interdyscyplinarne badania (techniki: SEM, EDS, TEM, BET, XPS, dylatometria, TG, spektroskopia impedancyjna, przewodnictwo elektryczne, wyznaczenie współczynników transportu tlenu i właściwości elektrochemicznych), które pozwolą na określenie korelacji pomiędzy strukturą, składem chemicznym i właściwościami transportowymi, co w konsekwencji pozwoli na zaprojektowanie optymalnych materiałów anodowych oraz zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za odporność na osadzanie węgla oraz wpływ siarki.

mgr inż. Kun Zheng

Doktorant w Katedrze Energetyki Wodorowej na Wydziale Energetyki i Paliw AGH. Kierownik projektu w ramach konkursu Narodowego Centrum Nauki ETIUDA 1. Absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, oraz University of Science and Technology Beijing. Jest współautorem 6 artykułów naukowych z listy Thomson Reuters Master Journal List.Zajmuje się zagadnieniami dotyczącymi korelacji pomiędzy strukturą krystaliczną a właściwościami transportowymi w materiałach o mieszanym przewodnictwie jonowo-elektronowym.

Data publikacji: 10.10.2013