Technologia wytwarzania materiałów przeznaczonych na elektrolity jonowe stałotlenkowych ogniw paliwowych

• Autorzy: Kluczowski R. , Śliwa R.

Warianty tytułu

EN

Technology of production of materials intended on ionic electrolytes of Solid Oxide Fuel Cells

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aktualnie jest rozwijanych wiele typów ogniw paliwowych, jednak z uwagi na brak sieci dystrybucji wodoru i osiągane sprawności, największe szanse wdrożenia przemysłowego mają ogniwa paliwowe wysokotemperaturowe oparte na stałych tlenkach (SOFC - Solid Oxide Fuel Cells), które mogą one pracować z zastosowaniem paliw węglowodorowych. Stałotlenkowymi ogniwami paliwowymi, są ogniwa paliwowe w konfiguracji ESC (Electrolite Supported Cell). Ogniwa te jednak mają temperaturę pracy 850-1000 °C, co jest czynnikiem utrudniającym ich eksploatację. Aby uzyskać niższą temperaturę pracy ogniwa paliwowego (ok. 650 °C) oraz lepsze parametry elektryczne (mniejsza rezystancja) dąży się do zmniejszenia grubości warstwy elektrolitu do 1-30 um. Otrzymanie przegród ogniw paliwowych z tak cienkimi warstwami elektrolitów umożliwia wykonanie przegród w konfiguracji ASC (Anode Supported Cells), gdzie warstwą przenoszącą obciążenia jest warstwa anodowa. Celowym, zatem było realizowanie badań w kierunku wykonania proszku elektrolitowego o składzie: 6Sc-3Y-ZrO2, który pomimo słabej wytrzymałości mechanicznej ma bardzo dobre właściwości elektryczne (0,244 S/cm). Na tle dotychczasowych wyników prac innych autorów w artykule przedstawiono wyniki badań własnych dotyczących wytworzenia nanoproszku 6Sc-3Y-ZrO2 metodą współstrącania i obróbki hydrotermalnej celem zastosowania go na elektrolity jonowe Stałotlenkowych Ogniw Paliwowych w systemie Anode Supported Cell. Prezentowane wyniki badań mikrostrukturalnych proszku, jak i naniesionej warstwy elektrolitowej z tego proszku na podłożu anodowym NiO-3Y-ZrO2 wskazują na to, że otrzymano proszek o wielkości ziaren rzędu 100 nm (rys. 3 i 4). Efekt ten sprzyja opracowaniu technologii wytwarzania materiałów nanometrycznych z zastosowaniem do budowy elementów SOFC.

EN

Currently is developed many types of fuel cells, however in consideration of lack of distribution's network of the hydrogen and attained efficiencies, main chances to industrial initiating have high-temperature fuel cells based on solid oxides (SOFC - Solid Oxide Fuel Cells)(they can work with the use of hydrocarboneous fuels). Currently most of all researches are made over fuel cells in the configuration ESC (Electrolite Supported Cell). However these fuel cells work in temperature 850-1000 °C what makes difficult of exploitation of this type of fuel cells. To obtain the lower operating temperature of fuel cell (approx. 650 °C) and better electric parameters (less resistance) one ought to pursue to decrease of thickness of the layer of the electrolyte to 1-30 mm. A method to obtain of membranes of fuel cells with so thin layers of electrolytes is the elaboration of technology of the realization of membranes in ASC (Anode Supported Cells) configuration where a mechanical stress is received by the anode layer. Advisable therefore was realizing of research toward to make of the electrolytic powder consists of: 6Sc-3Y-ZrO2 which in spite of low mechanical strength has very good electric properties (0.244 S/cm). Therefore against the background of former results of works of other authors have been introduced results of own research which concern producing of 6Sc-3Y-ZrO2 nanopowder with the coprecipitation and the hydrothermal method. Destination of these research is use this nanopowder for producing of ionic electrolytes Anode Supported Solid Oxide Fuel Cells (ACE-SOFC). Presented results of microstructural research of both the powder and deposited electrolite layer made of this powder on the anode NiO-3Y-ZrO2 support show that has been received the powder with size of grains on the level 100 nm (Fig. 2-3). This effect favours to the elaboration of the technology of the production of nanometric materials with destination to the construction of SOFC elements.

Słowa kluczowe

PL

ogniwa paliwowe; technologia wytwarzania

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 6
• Strony: 925--929
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kluczowski R.

autor

Śliwa R.

• Politechnika Rzeszowska,

Bibliografia

• [1] Krząstek K., Krauz M., Rak Z. S.: Wytwarzanie ogniw paliwowych Stałotlenkowych. Ceramika vol. 84, 2004
• [2] Hoogers G.: Fuel Cells Technology Handbook, CRC Press, New York, 2003
• [3] Vielstick W., Lamm A., Gasteiger H. A.: Handbook of Fuel Cells; Fundamentals Technology and Applications, v. 1-3, 2003. Wiley, UK
• [4]. Colson-Inam S.: Solid Oxide Fuel Cells- Ready to market?, Fuel Cell Today, 2004, 1
• [5] Weber A., Ivers-Tiffee E.: Materials an concepts for solid oxide fuel cells (SOFCs) in stationary and mobile applications, J. of Power Sources, 127, 2004, s. 273-283
• [6] Sumi H., Ukai K., Hisada K., Mizutani Y.: High performance development using Scandia doped zirconia electrolyte for low temperature operating SOFCs, Electr. Soc. Proc., vol 2003-07, pp 995-1002
• [7] Kaneko H., Jin F., Taimatsu H.: Electrical conductivity of zirconia stabilized with scandia and yttria. J. Am. Ceram. Soc.76[3] 1993, s. 793-95
• [8] Yasuda H., Masato M., Enomoto N., Hojo J.: Electrical and mechanical properties of cubic ZrO2 stabilized with Sc2O3 and Y2O3, J. Ceram. Proc. Res., 2004, Vol 5, No. 1, s. 80-83
• [9] Bućko M., Zych Ł., Haberko K.: Hydrotermalna preparatyka proszków ZrO2 – przykłady wykorzystania w technologii ceramiki, Materiały Ceramiczne, nr 2/2002 s. 46-52
• [10] Vasylkiv O., Sakka Y.: Synthesis and colloidal processing of zirconia nanopowder, J. Am. Ceram. Soc. 84 [11], 2001, 2489-94
• [11] Vasylkiv O., Sakka Y.: Synthesis and sintering of zirconia nano-powder by non- isothermal decompositionfrom hydroxide, J. Ceram. Soc. of Japan, 109 [6], 2001, 500-505