Czynniki poprawiające sprawność działania ogniw paliwowych z bezpośrednim utlenianiem węgla

• Autorzy: Dudek M. , Tomczyk P.

Warianty tytułu

EN

Factors improving efficiency of direct carbon fuel cell

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przeanalizowano wpływ przewodności jonowej elektrolitów tlenkowych ZrO2-Y2O3 na efektywność pracy płaskiego stałotlenkowego ogniwa paliwowego z bezpośrednim utlenianiem węgla (DC-SOFC), pracującego w temperaturach od 600 do 850°C. Badane roztwory stałe zawierały od 3 do 12% mol. Y2O3 w ZrO2. Najwyższe gęstości prądu otrzymano dla spieku o udziale 8% mol. Y2O3 (8YSZ), charakteryzującego się największą przewodnością jonową pośród tej grupy materiałów. Efektywność pracy badanego ogniwa wzrasta też na skutek zmniejszania grubości elektrolitu, skutkującej obniżeniem polaryzacji omowej. Wykonano również wstępne badania nad efektywnością konwersji różnych typów węgla na energię elektryczną w ogniwie DC-SOFC. W trakcie badań wykazano, że dodatek przewodnika jonowego 8YSZ do sproszkowanego paliwa węglowego w ilości nie przekraczającej 10% wag. prowadzi do wzrostu otrzymywanych gęstości prądu w porównaniu do gęstości prądu otrzymywanych z ogniw zasilanych czystym paliwem węglowym. Pomiary przeprowadzono w ogniwach paliwowych o geometrii płaskiej i rurkowej.

EN

The paper examines the influence of ionic conductivity of solid oxide electrolytes (ZrO2-Y2O3) on efficiency of a planar solid oxide fuel cell with direct oxidation of carbon (DC-SOFC), operating at temperatures from 600 to 850°C. The ZrO2 solid solutions contained from 3 to 12 mol% Y2O3. The highest current densities were obtained for DC-SOFC with 8 mol% Y2O3 in ZrO2 (8YSZ) used as electrolyte. The performance efficiency of the fuel cell increases also as a result of reducing the thickness of the electrolyte, which results in a decrease of ohmic polarization. Also, the preliminary studies were performed, focusing on the effectiveness of conversion of different types of coal to electricity in DC-SOFC. During research, it was shown that adding 8YSZ ionic oxide conductor to the powdered coal fuel in the amount not exceeding 10% of its weight results in an increase of current densities as opposed to the current densities obtained from the pure carbon fuel cells. The measurements were carried out in the planar and tubular oxide fuel cells.

Słowa kluczowe

PL

ogniwo paliwowe z bezpośrednim utlenianiem węgla; jonowe przewodniki tlenkowe; węgiel; roztwory stałe ZrO2

EN

direct carbon fuel cell; ionic oxide conductors; carbon; zirconia solid solutions

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 2
• Strony: 143--148
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dudek M.

autor

Tomczyk P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30,

Bibliografia

• (1) Srinivasan S.: Fuel Cells. From Fundamentals to Applications, Springer, New York, 2006.
• (2) Czerwiński A.: Akumulatory, baterie, ogniwa, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności , Warszawa, 2006.
• (3) Züttel A., Borgschulte A., Schlapbach L.: Hydrogen as a Future Energy Carrier, Willey-VCH, 2008.
• (4) Zecevic S., Patton E., Parhami E.: „Carbon-air fuel cell without a reforming process”, Carbon, 42, (2004), 1983-1993.
• (5) CaO D., Sun Y., Wang G.: „Direct carbon fuel cell: Fundamentals and recent developments”, J. Power Sources, 167, (2007), 250-257.
• (6) Tomczyk P.: „Ogniwa paliwowe z bezpośrednim utlenianiem węgla”, Biuletyn Polskiego Stowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych, 4, (2009), 39-43.
• (7) Jain S.L., Lakeman B., Pointon K.D., Irvine J.T.: „Carbon–air fuel cell development to satisfy our energy demandę”, Ionics, 13, (2007), 413–416.
• (8) Weaver R.D., Leach S.C., Bayce A.E., Nanis L.: „Direct Electrochemical Generation of Electricity from Coal”, SRI, Menlo Park, CA 94025; SAN-0115/105-1; dostępne od NTIS (1979).
• (9) Cherepy N.J., Krueger R., Fiet K.J., Jankowski A.F., Cooper J.F.: „Direct Carbon Conversion of Carbon Fuels in a Molten Carbonate Fuel Cell”, J. Electrochem. Soc., 152, 1, (2005), A80-87.
• (10) Chen M., Wang Ch., Niu X., Zhao S., Tang J., Zhu B.: „Carbon anode in direct carbon fuel cell“, Int. J. Hydrogen Energy, doi:10.1016/j.ijhydene.2009.04.051 
• (11) Horita T., Sakai N., Kawada T., Yokokawa H., Dokiya M.: „An investigation of anodes for direct-carbon in solid oxide fuel cells”, J. Electrochem. Soc., 142, 8, (1995), 2621-2623.
• (12) Nabae Y., Pointon K., Irvine J.T.S.: „Electrochemical oxidation of solid carbon in hybrid DCFC with solid oxide and molten carbonate binary electrolyte”, Energy and Environmental Sci., 1, (2008), 148-15.
• (13) Jain S.L., Nabae Y., Lakeman B., Pointon K., Irvine J.: „Solid state electrochemistry of direct carbon/air fuel cells”, Solid State Ionics, 179, (2008), 1417-1421.
• (14) Bućko M.M., Haberko K., Faryna M.: “Crystallization of zirconia under hydrothermal conditions”, J. Am. Ceram. Soc., 78, (2005), 3397-3400.
• (15) Bućko M.M., Zych Ł., Haberko K.: „Hydrotermlana preparatyka proszków ZrO2 – przykłady wykorzystania w technologii ceramiki”, Mater. Ceram., 2, (2002) 46-52.
• (16) Gür T.M., Huggins R.A.: “Direct electrochemical conversion of carbon to electricity energy in a high temperature fuel cell”, J. Electrochem. Soc. 139 (1992) L95-L97.
• (17) Siwen L., Lee C., Mitchell R., Gür T.M.: „Direct carbon conversion in a helium fluidized bed cell”, Solid State Ionics, 179, (2008), 1549-1552.