Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Nanocrystalline cathodes for solid oxide fuel cells made of noble metals

Chrzan A., Karczewski J., Jasiński P.

Zeszyty Naukowe Wydziału ETI Politechniki Gdańskiej. Technologie Informacyjne

|

2018

|

T. 23

46--52

EN

Cathodes for solid oxide fuel cells prepared by the infiltration method at 600 °C are presented. The infiltration method allows to produce stable, nanostructured cathodes. Cathodes were prepared using gold, platinum, La2NiO4+δ (L2N) and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF). Symmetrical cathode/electrolyte/cathode samples were prepared and examined with SEM microscopy and electrochemical impedance spectroscopy. Despite successful deposition of cathode with high active surface area, LSCF performance was unmatched by the other materials. However, at temperatures below 600 °C infiltrated L2N showed polarization resistance lower than the brush painted LSCF cathode (reference).

PL

W artykule zbadano katody tlenkowych ogniw paliwowych przygotowane poprzez nasączanie i spieczenie w 600 °C. Metoda nasączania pozwala na przygotowanie stabilnych, nanokrystalicznych elektrod. Wykorzystując do nasączania prekursor polimerowy przygotowano katody: Ag, Pt, La2NiO4+δ (L2N) oraz La2NiO4+δ (L2N) and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF). Wykonano symetryczne próbki katoda/elektrolit/katoda i zbadano je za pomocą mikroskopii SEM oraz spektroskopii impedancyjnej. Pomimo wykonania próbek ze stosunkowo dużą aktywną powierzchnią, żaden nasączany materiał nie pozwolił uzyskać oporu polaryzacyjnego porównywalnego z LSCF. Oprócz LSCF, jedynie katoda nasączana L2N wykazywała opór polaryzacyjny niższy od katody z komercyjnej pasty LSCF.

2

Use of NaNiCl battery for mitigation of SOFC stack cycling in base-load telecommunication power system - a preliminary evaluation

Kupecki J., Motylinski K., Ferraro M., Sergi F., Zanon N.

Journal of Power Technologies

|

2016

|

Vol. 96, nr 1

63–-71

EN

Fuel cells are among the most promising technologies for clean power generation. Solid oxide fuel cells (SOFC) are characterized by high efficiency, fuel flexibility and a wide range of operating conditions. SOFC are the preferred fuel cell technology for micro-combined heat and power (micro-CHP) units, but they are prone to rapid performance degradation when exposed to thermal and electrical cycling. To overcome this issue, alternative methods are sought to assure high durability and long-lasting operation by mitigating the cycling. This can be achieved by limiting the number of cycles and maintaining stable operating conditions. One of the proposed solutions is to create a hybrid system combining an SOFC stack with a molten salt (NaNiCl) battery module. The NaNiCl battery is well known for its high energy density, high durability and zero electrochemical self-discharge. This hybrid system is a solution in which the fuel cell stack and the battery module are thermally and electrically integrated and operate as a part of a cogenerator. Since both modules operate at elevated temperature, heat generated in the stack can be partially used to maintain a sufficient operating temperature of the battery pack. The SOFC/battery hybrid enables high operational flexibility which is achieved by proper selection of the power ratios between the two components. In this configuration the battery pack can be used to stabilize operation of the fuel cell stack and to allow for load-following operation of the hybrid. To evaluate the operation of a SOFC/battery, the dynamic models of the battery and fuel cell stack were developed in Aspen Hysys 8.5. The simulator enables predictive modeling of various operating conditions corresponding to the different power demand profiles. In the transitional states of the telecommunication system, the hybrid unit can either charge or discharge the battery without cycling the fuel cell stack. Simulations are needed to evaluate the performance of the SOFC/battery hybrid system, in particular to analyze the capability to follow the load profile during operation in island mode.

3

Structural and Transportation Properties of Strontium Titanate Composites with Ion Conductive Oxides

Bochentyn B

Acta Energetica

|

2016

|

nr 2

20--27

EN

This paper has been written based on the author’s doctoral dissertation “Structural and transportation properties of strontium and titanate composites with ion conductive oxides”, prepared under the supervision of Prof. Dr. Hab. Eng. Bogusław Kusz at the Department of Solid State Physics of Gdańsk University of Technology. It reports the idea of the thesis and conclusions from the study. Niobium doped strontium titanate (Sr(Ti,Nb)O3) composites with selected ion conductive oxides (yttrium oxide-stabilized zirconium oxide YSZ and cerium oxide CeO2) were developed for the dissertation and their properties examined.. It was shown that Sr(Ti,Nb)O3-YSZ composite as the anode in an oxide fuel cell leads to its improved performance compared to a cell with a singlephase Sr(Ti,Nb)O3 anode. Microscopic observation confirmed that Sr(Ti,Nb)O3-YSZ composite as the functional layer between a Sr(Ti,Nb)O3 anode and YSZ electrolyte mitigates the problem of the composite anode’s delamination from the electrolyte surface. It was also shown that an appropriate modification of the Sr(Ti,Nb)O3-YSZ composite anode surface structure by infusing the process of hydrogen’s electrochemical oxidation with a catalyst (e.g. with nickel) can lead to further improvement of the fuel cell performance.

PL

Artykuł napisano na podstawie rozprawy doktorskiej autorki pt. „Właściwości strukturalne i transportowe kompozytów tytanianu strontu z tlenkami przewodzącymi jonowo”, przygotowaną pod nadzorem prof. dr. hab. inż. Bogusława Kusza w Katedrze Fizyki Ciała Stałego Politechniki Gdańskiej. Prezentuje on ideę pracy doktorskiej oraz wnioski wynikające z przeprowadzonych badań. W pracy doktorskiej wytworzono i zbadano właściwości kompozytów tytanianu strontu domieszkowanego niobem (Sr(Ti,Nb)O3) z wybranymi tlenkami przewodzącymi jonowo (tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru – YSZ, tlenek ceru – CeO2). Wykazano, że zastosowanie kompozytu Sr(Ti,Nb)O3-YSZ jako anody prowadzi do poprawy parametrów pracy tlenkowego ogniwa paliwowego w stosunku do ogniwa z anodą 1-fazową Sr(Ti,Nb)O3. Obserwacje mikroskopowe potwierdziły, że zastosowanie kompozytu Sr(Ti,Nb)O3-YSZ jako warstwy funkcjonalnej między anodą Sr(Ti,Nb)O3 i elektrolitem YSZ ogranicza problem delaminacji anody kompozytowej z powierzchni elektrolitu. Wykazano również, że odpowiednia modyfikacja struktury powierzchniowej anody kompozytowej Sr(Ti,Nb)O3-YSZ poprzez nasączanie katalizatorami procesu elektrochemicznego utleniania wodoru (np. niklem) może prowadzić do dalszej poprawy parametrów pracy ogniwa paliwowego.

4

Zagadnienia modelowania matematycznego tlenkowych ogniw paliwowych

Milewski J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2013

|

z. 250

3--195

PL

Zagadnienia związane z modelowaniem tlenkowych ogniw paliwowych nie doczekały się jeszcze w języku polskim dostępnych opracowań książkowych. Wiedza o nich jest rozproszona, a zwarte wydawnictwa angielskojęzyczne bardzo szczegółowe. W celu usystematyzowania wiedzy, zdecydowano się w tej pracy na przedstawienie wybranych aspektów w podręcznikowy sposób (dwa pierwsze rozdziały). W rozdziale pierwszym, przedstawiono ogólne informacje o budowie, rodzajach i zastosowaniach ogniw paliowych. Szerzej przybliżono historię rozwoju ogniw oraz nakreślono perspektywę ich zastosowań w ramach modnego obecnie kierunku rozwoju energetyki zwanego energetyką rozproszoną lub pro-konsumencką, a kończąc na omówieniem wybranych problemów konstrukcyjnych tlenkowych ogniw paliwowych (SOFC), które dalej pozostają podstawowym obiektem rozważań. W drugim rozdziale zatytułowanym „Podstawy termodynamiczne” omówiono podstawowe dla ogniw paliwowych pojęcia i wielkości. Omówiono równanie stanu czynnika roboczego. Zdefiniowano dla ogniwa paliwowego pojęcie pracy maksymalnej oraz maksymalnego napięcia oraz maksymalnej mocy. Encyklopedycznie omówiono kinetykę reakcji chemicznych oraz zjawiska dyfuzji w zakresie istotnym dla zjawisk zachodzących w tlenkowych ogniwach paliwowych. Trzeci rozdział pracy poświęcony jest omówieniu klasycznego modelu matematycznego ogniwa, którego najistotniejszą cechą jest konieczność wykorzystania zależności empirycznych opartych o dane doświadczalne. Ogranicza to w znaczny sposób możliwości wykorzystania klasycznego podejścia do modelowania poza zakresem dostępnych danych doświadczalnych, co zostało zobrazowane poprzez porównanie wyników obliczeń modelowych z wynikami pomiarów. Nowy model sposób modelowania tlenkowych ogniw paliwowych przedstawiono w rozdziale czwartym. Utworzono go przy założeniu, aby zminimalizować liczbę potrzebnych charakterystyk doświadczalnych, a wykorzystać przede wszystkim równania opisujące zachodzące w ogniwie zjawiska termodynamiczne, chemiczne i elektryczne. Rozdział piąty pracy poświęcony jest dyskusji nowego podejścia do modelowania, w którym przedstawiono wyniki walidacji modelu oraz przykłady zastosowań do optymalizacji zarówno parametrów konstrukcyjnych jak i eksploatacyjnych. Podjęto próbę także analizy parametrycznej ogniwa oraz rozwinięcia modelu od modelu zero do jednowymiarowego. Zupełnie inny model ogniwa zawiera rozdział szósty, opary o aproksymację danych pomiarowych przy pomocy sztucznych sieci neuronowych, gdzie ogniwo traktowane jest jako czarna skrzynka o rejestrowanych wejściach i wyjściach. Zaprezentowano także model nazwany hybrydowym, w którym do zmniejszenia liczby wejść wykorzystano znane zależności analityczne. Przestawiono wyniki analizy skuteczność algorytmów uczenia sieci. W rozdziale siódmym w oparciu o różniczkowe równanie bilansu masy oraz energii przedstawiono zagadnienia modelowania procesów nieustalonych, jakie mogą zachodzić w ogniwie, w tym takie jak zmiana obciążenia, rozruch, odstawienie wybrane stany awaryjne. W rozdziale ósmym przedstawiono wyniki uzyskane dla modelowania układów hybrydowych. Z pracą ogniwa paliwowego w układzie energetycznym związana była także praca doktorska autora, dlatego też w rozdziale tym omówione zagadnienia zostały zmarginalizowane do niezbędnego minimum i główną uwagę skupiono na zagadnieniach nieporuszanych w wcześniej, tj. dotyczących poszukiwania optymalnego sterowania pracą układu hybrydowego z ogniwem paliwowym. Literatura tematu w przeważającej większości jest anglojęzyczna, często zatem napotyka się na trudności w tłumaczeniu niektórych bardzo często występujących zwrotów na język polski, np. „current collector”, „steam reforming”, „carbon deposition”, „manifold”, „housing” i in. Z tego też powodu zdecydowano się na nietłumaczenie źródłowych rysunków i wykresów anglojęzycznych, a w celu ujednolicenia pracy, własne rysunki i wykresy także przedstawiono w wersji anglojęzycznej. Autor z góry przeprasza za wszelkiego rodzaju niejednoznaczności pojawiające się w teksie pracy wynikające z pojęć trudno tłumaczalnych na język polski.

EN

The modeling of Solid Oxide Fuel Cells has yet to receive due coverage in Polish language books. Knowledge is dispersed and compact English-language publishing very detailed. In order to systematize the scientific knowledge available, it was decided in this study to present certain aspects in a handbook format (the first two chapters). Chapter three features a discussion of the classical mathematical model of the SOFC, which uses empirical relationships based on experimental data. This severely reduces the possibility of applying the approach to modeling fuel cell parameters that lie outside the available experimental data, as is illustrated by comparing the results of model calculations of the measurement results. A new model of a solid oxide fuel cell is presented in chapter four. The model was created with the minimum number of necessary factors and based mainly on equations describing the phenomena occurring in the fuel cell: thermodynamic, chemical and electrical properties. The validation of the model and examples of applications (both design point and off-design operation) are shown in chapter five. Chapter six shows the use of artificial neural networks in SOFC behavior modeling, whereas chapter seven shows transient modeling issues that may occur in SOFC, including load change, start-up, shutdown and selected emergency scenarios. Operation of the SOFC in the hybrid system is presented in chapter eight, but as the author’s doctoral dissertation was on closely-related issues, this chapter discusses them in passing with the main attention being on issues not covered previously, such as the search for an optimum hybrid system to control fuel cell operation.

5

Impedance spectroscopy as a diagnostic tool of degradation of Solid Oxide Fuel Cells

Dunst K., Molin S., Jasiński P.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2012

|

Vol. 53, nr 1

59-61

EN

Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) are close to commercialization and knowledge about degradation mechanism become a vital step for their further improvement. A powerful diagnosis tool is impedance spectroscopy (IS). The IS allows indicating the degrading element of the SOFC and may provide knowledge about nature of the degradation process. In this paper degradation of the SOFCs has been investigated by impedance spectroscopy. Hydrogen and methane was used as a fuel. Relation between instability in the methane (caused by carbon formation) and impedance spectra was revealed. Type of degradation was linked with characteristic frequencies obtained from the impedance spectra.

PL

Tlenkowe ogniwa paliwowe SOFCs (ang. Solid Oxide Fuel Cells) są obecnie bliskie komercjalizacji. Wiedza na temat mechanizmów degradacji ogniw paliwowych jest niezbędna do dalszej poprawy ich działania. Spektroskopia impedancyjna jest skutecznym narzędziem diagnostycznym. Pozwala ona na wskazanie który element ogniwa SOFC ulega pogorszeniu oraz pozwala poznać dokładniej naturę procesu degradacji. W tej pracy degradacja ogniwa SOFC została zbadana przy użyciu spektroskopii impedancyjnej. Jako paliwa użyto wodoru oraz metanu. Związek pomiędzy niestabilnością w metanie (spowodowaną osadzaniem się węgla) a widmem impedancji został pokazany. Rodzaj degradacji został powiązany z częstotliwościami charakterystycznymi odczytanymi z widm impedancyjnych.

6

Thermodynamic analysis of biofuels as fuels for high temperature fuel cells

Milewski J., Bujalski W., Lewandowski J.

Archives of Thermodynamics

|

2012

|

Vol. 33, no. 4

41-65

EN

Based on mathematical modeling and numerical simulations, applicativity of various biofuels on high temperature fuel cell performance are presented. Governing equations of high temperature fuel cell modeling are given. Adequate simulators of both solid oxide fuel cell (SOFC) and molten carbonate fuel cell (MCFC) have been done and described. Performance of these fuel cells with different biofuels is shown. Some characteristics are given and described. Advantages and disadvantages of various biofuels from the system performance point of view are pointed out. An analysis of various biofuels as potential fuels for SOFC and MCFC is presented. The results are compared with both methane and hydrogen as the reference fuels. The biofuels are characterized by both lower efficiency and lower fuel utilization factors compared with methane. The presented results are based on a 0D mathematical model in the design point calculation. The governing equations of the model are also presented. Technical and financial analysis of high temperature fuel cells (SOFC and MCFC) are shown. High temperature fuel cells can be fed by biofuels like: biogas, bioethanol, and biomethanol. Operational costs and possible incomes of those installation types were estimated and analyzed. A comparison against classic power generation units is shown. A basic indicator net present value (NPV) for projects was estimated and commented.

7

Modelling the influence of fuel composition on solid oxide fuel cell by using the advanced mathematical model

Milewski J., Badyda K., Miller A.

Rynek Energii

|

2010

|

nr 3

159-163

EN

The advanced mathematical model of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is presented. The governing equations of the model are presented and described. Based on the model the influence of fuel composition on SOFC performance is shown. Hydrogen is used as reference fuel.

PL

Przedstawiono zaawansowany model matematyczny tlenkowego ogniwa paliwowego. Przedstawiono i omówiono główne założenia modelu oraz rządzące nim zależności. W oparciu o model zbadano wpływ składu paliwa na osiągi ogniwa przyjmując wodór jako paliwo referencyjne.

8

Elektryczne pomiary tlenkowych ogniw paliwowych

Molin S., Jasiński P.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2008

|

R. 54, nr 3

110-113

PL

W pracy opisano metody pomiarowe elektrochemii ciała stałego używane do badania właściwości tlenkowych ogniw paliwowych. W oparciu o prace własne oraz doniesienia literaturowe przedstawiono przykładowe wyniki badań wybranych metod elektrycznych. Wyniki prac własnych osiągnięte zostały w ramach badań dotyczących budowy jak i charakteryzacji tlenkowych ogniw paliwowych i innych urządzeń elektroceramicznych.

EN

Methods of solid state electrochemistry used for investigation of solid oxide fuel cells are presented. Appropriate examples of fuel cell characterization results based on own experience and literature data are included. The presented results were obtained in the course of research related to fabrication and evaluation of solid oxide fuel cells and other electroceramic devices. Some remarks on quality assurance of performing measurements are emphasized.

9

Nanocrystalline doped zirconia and ceria films for fuel cell application

Jasiński P., Jasiński G., Petrovsky V., Anderson H., U.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2006

|

Vol. 47, nr 12

14-15

EN

The preparation of dense electrolyte films for Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) is a crucial technological process. The method has been developed, which allows preparing 1 to 10 µm thick dense and nanocrystalline films. In this process the powder is first deposited onto the surface to provide a framework of connected particles into which the polymeric precursor impregnates to form an oxide particle/organic polymer composite film. Using this technology typical SOFCs electrolyte films, doped zirconia and ceria, were prepared. In this paper the films properties were evaluated and compared. Due to nanocrystalline nature of the films the grain boundary conductivity is a significant part of electrolyte conductivity.

PL

Przygotowanie gęstych i cienkich warstw do tlenkowych ogniw paliwowych jest złożonym procesem technologicznym. Opracowana przez nas metoda umożliwia przygotowanie gęstych i nanokrystalicznych warstw o grubości 1 ...10 µm. W metodzie tej, najpierw, z zawiesiny koloidalnej nanoszona jest warstwa połączonych cząsteczek związku tworząca szkielet, który następnie jest wypełniany z użyciem ciekłego prekursora metaloorganicznego. Z wykorzystaniem tej metody przygotowane zostały warstwy domieszkowanego tlenku cyrkonu i tlenku ceru, które typowo wykorzystywane są w tlenkowych ogniwach paliwowych jako elektrolity. W artykule porównywano właściwości elektryczne tych warstw. Z powodu nanokrystalicznej struktury warstw przewodnictwo obszarów międzyziarnowych jest dominujące.