Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Węglowe ogniwa paliwowe – wybrane inicjatywy krajowe

Dudek M., Tomczyk P., Lis B., Mordarski G.

Polityka Energetyczna

|

2014

|

T. 17, z. 2

81--91

PL

Jednym z priorytetów polityki energetycznej Unii Europejskiej jest ograniczenie emisji CO2, pochodzącej z sektora energetycznego. Aby sprostać temu wyzwaniu w Polsce, której energetyka opiera się głównie na elektrowniach spalających węgiel kamienny i brunatny, należy już dzisiaj podjąć odpowiednie przeciwdziałania. Do takich przeciwdziałań należy –między innymi – zwiększenie efektywności wytwarzania energii elektrycznej z paliw kopalnych i wykorzystanie możliwości sekwestracji CO2. W ostatnich latach obserwuje się szybki rozwój ogniw paliwowych z bezpośrednim utlenianiem węgla – są one efektywnymi generatorami elektryczności, a strumień wytwarzanych w nich gazów wylotowych zawiera, niewymagający wzbogacania, stężony CO2. W artykule przedstawiono zasadę działania węglowych ogniw paliwowych, ich zalety i wady w stosunku do ogniw paliwowych wodorowo- tlenowych, a także osiągnięty przez nie poziom technologiczny. Przedstawiono również dokonania dwóch ośrodków w Polsce zaangażowanych w rozwój tej technologii: Akademii Górniczo-Hutniczej i Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN im. Jerzego Habera w Krakowie.

EN

EU energy policy has given high priority to the reduction of CO2 emissions, first and foremost the emissions from the power industry. To meet this challenge, especially in Poland where the power industry is based on hard and brown coal power plants, adequate countermeasures should be undertaken as soon as possible. One possible approach is to increase the efficiency of electricity production from fossil fuels, together with the employment of CO2 sequestration. Recently, there has been vigorous development in the area of direct carbon fuel cells, effective generators of electricity whose single byproduct of operation is concentrated CO2. This paper describes the fundamentals of operation of direct carbon fuel cells, their advantages and disadvantages in comparison to hydrogen-oxygen fuel cells, as well as their technological status. The analysis also reviews the achievements of two research centres in Krakow, Poland which are involved in the development of this technology, the AGH – University of Science and Technology and the Jerzy Haber Institute of Catalysis and Surface Chemistry of the Polish Academy of Sciences.

2

Composite Ag-La0.6Sr0.4Co0.8 Fe0.2O3-σ cathode material for solid oxide fuel cells, preparation and characteristic

Mosiałek M., Tatko M., Dudek M., Bielańska E., Mordarski G.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1341--1345

EN

Composite cathodes Ag-La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ were obtained by two different procedures. In the first procedure porous La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ (LSCF) matrix was prepared by sintering the LSCF paste, the matrix was then saturated with AgNO3 solution and sintered again. Introduced silver crystalized in the form of 10 nm crystallites in the whole LSCF matrix. In the second procedure the paste of silver powder was deposited on the surface of electrolyte and dried. The layer of silver paste was then covered by a layer of the LSCF paste and sintered at 850°C. The following cells were tested: H2|Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9LSCF|O2, H2|Ni-Ce0.8Gd0.2 O1.9|Ce0.8 Sm0.2 O1.9 |LSCF-Ag|O2 and H2 |Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9|Ag|LSCF|O2. Introduction of silver interlayer between cathode and electrolyte increased output power by 18-28% whereas introduction of metallic silver into porous LSCF caused increase in power by 14-18%.

PL

Kompozytowe katody Ag-La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ wykonano dwoma sposobami. W pierwszej metodzie otrzymano poro- watą matrycę La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8O3-σ (LSCF) poprzez wyprażenie pasty LSCF, następnie nasączono ją roztworem AgNO3 i ponownie wyprażono. Wprowadzone srebro wykrystalizowało w postaci 10 nm krystalitów w matrycy LSCF. W drugiej metodzie na powierzchni elektrolitu położono pastę srebrną a po wysuszeniu pastę LSCF i wyprażono w 850°C. Testowano następujące ogniwa H2|Ni-Ce0.8Gdo.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9LSCF|O2, H2|Ni-Ce0.8Gd0.2 O1.9|Ce0.8 Sm0.2 O1.9 |LSCF-Ag|O2 and H2 |Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9|Ce0.8Sm0.2O1.9|Ag|LSCF|O2. Wprowadzenie warstwy srebra pomiędzy katodę a elektrolit podniosło moc ogniwa o 18-28% podczas gdy wprowadzenie srebra do porowatego LSCF spowodowało wzrost mocy o 14-18%.

3

Elektrolity stałe w układzie CeO2-Sm2O3-Nd2O3

Dudek M., Rapacz-Kmita A., Mroczkowska M., Mosiałek M., Mordarski G., Dudek P.

Szkło i Ceramika

|

2011

|

R. 62, nr 2

38-44

PL

Jednofazowe proszki roztworów stałych w układzie CeO2-Sm2O3-Nd2O3 syntezowano metodą Pechiniego. Metodą dyfrakcji rentgenowskiej określono wielkości krystalitów d(hkl). Na podstawie tych pomiarów stwierdzono, że wielkości cząstek d(hkl) tych proszków wynoszą od ok. 17 do ok. 21 nm. Budowę morfologiczną otrzymanych proszków obserwowano pod transmisyjnym mikroskopem elektronowym. Wypraski sporządzone z otrzymanych proszków na bazie CeO2 zagęszczają się w temperaturze 1500 stopni Celsjusza na poziomie 95-97% gęstości względnej. Obserwacji mikrostruktury dokonano pod skaningowym mikroskopem elektronowym. Zastosowanie metody spektroskopii impedancyjnej pozwoliło na określenie zmian wielkości przewodności jonowej spieków roztworów stałych Ce0.8Sm0.2-xNdxO2. Na podstawie wykonanych pomiarów stwierdzono, że stopniowa zamiana kationów Sm (sup)3+ kationami Nd (sup)3+ w roztworze stałym Ce0.8Sm0.2-xNdxO2 prowadzi do poprawy przewodności jonowej w porównaniu do spieków Ce0.8M0.2O2, M = Sm, Gd. Materiał Ce0.8Sm0.1Nd0.1O2 wydaje się bardziej predysponowanym elektrolitem tlenkowym do pracy w stałotlenkowych ogniwach paliwowych o obniżonej temperaturze pracy (600-800 stopni Celsjusza).

EN

Monophase nanopowders of solid solutions in the CeO2-Sm2O3-Nd2O3 system were synthesized by the Pechini method. The X-ray diffraction method was used to determine the particle size d(hkl). Based upon this investigation, it was found that the size of crystallites ranges from 17 to 21 nm. The observation of morphology of obtained powders was performed by means of a transmission electron microscopy. The green bodies obtained from CeO2-based powders thicken to 95-97% of their relative density at 1500 degrees centigrade. Scanning electron microscopy was used to observe the microstructure of the CeO2-based samples. The changes of ionic conductivity in sintered samples of Ce0.8Sm0.2- xNdxO2 solid solutions were determined by employing AC impedance spectroscopy. Ionic conductivity measurements proved that gradual substitution of Sm (sup)3+ cations with Nd (sup)3+ with cations had led to improvement of ionic conductivity in comparison with Ce0.8M0.2O2, M = Sm, Gd sinters. Ce0.8Sm0.1Nd0.1O2 material seems to be more adequate for the role of a solid oxide electrolyte for application in solid oxide fuel cells (SOFC) operating in lowered working temperatures (600-800 degrees centigrade).

4

Ionic conductivity of the CeO2-Gd2O3-SrO system

Dudek M., Mosiałek M., Mordarski G., Socha R., Rapacz-Kmita A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1249-1255

EN

The Pechini method was used to synthesize nanopowders of CeO2-based solid solutions with the formula Ce0.8-xGd0.2SrxO2- for 0

PL

Jednofazowe proszki roztworów stałych Ce0:8-xGd0:2SrxO2- dla 0

5

High temperature oxide electrolytes for electrochemical devices application

Dudek M., Rapacz-Kmita A., Mosiałek M., Mordarski G.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 4

500-505

EN

A coprecipitation–calcination method was used to synthesise powders of 25 mol% Y2O3 in ZrO2 (25YSZ) or 12.5 mol% Y2O3 - 12.5 mol% Yb2O3 in ZrO2 (12.5Yb12.5YSZ) solid solutions. The pellets were cold isostatically pressed and then sintered for 2 h at 1500oC. The corrosion resistance of 25YSZ, 12.5Yb12.5YSZ solid solutions, and CaZrO3-based samples against molten metals, i.e., copper, nickel or iron, were also examined. Based upon this investigation, it is evident that stability of both zirconia with 25 mol% Y2O3 in solid solution and the calcium zirconate containing 48 % CaO material is limited in molten iron. Electrical conductivity measurements were performed by dc four probe and ac impedance spectroscopy methods in the temperature range of 200-1000oC. The highest value of ionic conductivity was found for the sintered samples of 12.5 mol% Y2O3 - 12.5 mol% Yb2O3 in ZrO2. These results indicate that partial substitution of Yb2O3 for Y2O3 in the 25YSZ solid solution leads to an increase of electrical conductivity compared to the solid solution of 25 mol%Y2O3 in ZrO2. It was also found that ionic oxide transference numbers (tion) of 25YSZ and 12.5Yb12.5YSZ solid solutions were close to 1, what indicated on pure oxide ionic conduction in the materials prepared. Test results are also reported for 25YSZ and 12.5Yb12.5YSZ applied as electrolytes in electrochemical oxygen gas sensors as well as in solid oxide cells, involving NiLa2O4 or NiAl2O4. In this way, the Gibbs free energy of formation of NiLa2O4 or NiAl2O4 in the temperature range 800-1000oC was determined. These materials seem to be promising solid oxide electrolytes for electrochemical oxygen probes, and solid oxide galvanic cells designed to study thermodynamic properties of materials important for SOFC technology and other areas of energy industry.

PL

Metodę współstrącania-kalcynacji wykorzystano do syntezy proszków roztworów stałych o składach 25 % mol. Y2O3 w ZrO2 (25YSZ) i 12.5 mol% Y2O3 - 12.5 mol% Yb2O3 w ZrO2 (12.5Yb12.5YSZ) Pastylki, które wcześniej sprasowano izostatycznie, spiekano w temperaturze 1500oC w czasie 2 h. Zbadano odporność korozyjną spieków roztworów stałych 25YSZ, 12.5Yb12.5YSZ, a także elektrolitów zawierających CaZrO3 w środowisku ciekłych metali, takich jak miedź, nikiel i żelazo. Na podstawie tych badań stwierdzono, że stabilność spieków roztworów stałych 25 mol% Y2O3 w ZrO2 (25YSZ) oraz CaZrO3 (48 % mol CaO) jest ograniczona w ciekłym żelazie. Przewodnictwo elektryczne otrzymanych próbek zmierzono metodą 4-elektrodową stałoprądową oraz metodą spektroskopii impedancyjnej w temperaturach 200-1000oC. Spiek roztworu stałego zawierającego 12.5 % mol. Y2O3 - 12.5 % mol. Yb2O3 w ZrO2, charakteryzuje się najwyższymi wartościami przewodnictwa jonowego. Wyniki tych badań wskazują, że częściowe podstawienie tlenku itru(III) tlenkiem iterbu(III) w roztworze stałym 25 % mol Y2O3 w ZrO2 prowadzi do podwyższenia jego przewodności elektrycznej. Wyznaczone wartości liczby przenoszenia jonów tlenkowych (tjon) dla spieków roztworów stałych 25YSZ i 12.5Yb12.5YSZ są bliskie jedności co wskazuje, że otrzymane materiały są praktycznie czystymi przewodnikami jonów tlenkowych. Materiały te przetestowano jako elektrolity tlenkowe do budowy elektrochemicznego sensora tlenu i ogniw galwanicznych przeznaczonych do badań właściwości termodynamicznych materiałów tlenkowych NiLa2O4 i NiAl2O4. W ten sposób wyznaczono wartości entalpii swobodnej ΔG dla tych materiałów w temperaturach 800-1000oC. Badane roztwory stałe 25 % mol Y2O3 w ZrO2 oraz 12.5 % mol Y2O3 - 12.5 % mol Yb2O3 w ZrO2 wydają się być obiecującymi elektrolitami tlenkowymi do budowy elektrochemicznego sensora tlenu oraz ogniw galwanicznych przeznaczonych do badania właściwości termodynamicznych materiałów tlenkowych ważnych dla technologii stałotlenkowych ogniw paliwowych i innych dziedzin energetyki.

6

Electrode Open Circuit Potentials and Oxidation Process at Au and Pt Electrodes/Solid Oxide Electrolyte Interfaces in Common Methane+Air Gas Mixture

Mordarski G., Suski L., Kołacz J., Ruggiero M.

Polish Journal of Chemistry

|

2005

|

Vol. 79 / nr 6

1063-1077

EN

Difference of potentials between two diversified electrodes, Au and Pt at a solid ionic conductor in a common gas mixture of fuel and oxidant, xCH4+(1-x)(0.2O2+0.8Ar) has been studied on the example of electrodes at ZrO2+8%Y2O3 electrolyte. The open circuit potentials of both electrodes have been determined as dependent on concentration of O2 in the gas mixture.Within some domain of gas composition the difference of open circuit potential (OCP) values achieves a stable value of ca. 700 mV. Experimental OCP values are compared to calculated ones and discussed as the results of chemical and/or electrochemical equilibria and steady states which may occur at the electrodes.