Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Simulation and characterization of SOFC fuel cell model

Mankour Mohamed, Sekour M’hamed, Koulali Mustapha

Przegląd Elektrotechniczny

|

2022

|

R. 98, nr 7

18--24

EN

The SOFC fuel cell is one of the so-called solid electrolyte fuel cells that operate at high temperatures of 650 to 1200°C. This temperature level is necessary for the solid electrolyte to have sufficient ionic conductivity. This high temperature causes a very high heat exchange between the various components of the SOFC. In the 1-D model, the fuel cell is usually treated as a set of layers including interconnects, air channel, electrodes, electrolyte, and fuel channel both gas composition and flow rate in each channel are assumed to be constant, and their mean values are used in the simulation.

PL

Ogniwo paliwowe SOFC należy do tzw. ogniw paliwowych ze stałym elektrolitem, które pracują w wysokich temperaturach od 650 do 1200°C. Ten poziom temperatury jest konieczny, aby elektrolit stały miał wystarczającą przewodność jonową. Tak wysoka temperatura powoduje bardzo dużą wymianę ciepła pomiędzy poszczególnymi elementami SOFC.

2

The SOFC in the hybrid power supply system of a livestock enterprise

Sosnina Elena, Shalukho Andrey, Veselov Leonid

Przegląd Elektrotechniczny

|

2021

|

R. 97, nr 11

87--92

EN

The paper is devoted to selecting the optimal capacity of solid oxide fuel cells (SOFC) which operate on biogas. A hybrid power supply system of a livestock enterprise has been considered. The livestock enterprise is supplied from the SOFC and the centralized electrical network. A methodology for the SOFC’s capacity optimization has been developed according to the criteria of economic and environmental efficiency of SOFC. The effectiveness research of the SOFC use in a hybrid power supply system of a livestock enterprise has been carried out.

PL

Artykuł poświęcony jest doborowi optymalnej wydajności ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC) pracujących na biogazie. Rozważano hybrydowy system zasilania przedsiębiorstwa hodowlanego. Przedsiębiorstwo hodowlane jest zasilane z SOFC i scentralizowanej sieci elektrycznej. Opracowano metodologię optymalizacji wydajności SOFC zgodnie z kryteriami efektywności ekonomicznej i środowiskowej SOFC. Przeprowadzono badania efektywności wykorzystania SOFC w hybrydowym systemie zasilania przedsiębiorstwa hodowlanego.

3

Research on application efficiency of SOFC on biogas for Power supply of agricultural enterprises

Sosnina Elena, Shalukho Andrey, Veselov Leonid

Przegląd Elektrotechniczny

|

2021

|

R. 97, nr 3

64--68

EN

The article is devoted to the problem of the integration of SOFC-based power plant into the power supply system of agricultural enterprises. The structural diagram of the power supply of a livestock enterprise with a combined power source (SOFK on biogas and a centralized electrical network) is presented. The method of the optimal nominal SOFC’s capacity selection is described. The research on the application efficiency of a combined SOFC-based energy source in a power supply system has been carried out on the example of a livestock complex with 2,000 units of cattle. The dependence of total costs for the enterprise power supply on the nominal SOFC’s capacity has been established.

PL

W artykule analizowano problem integracji źródła energii bazującego na ogniwach paliwowych bazującym na biogazie z siecią energetyczną wykorzystywaną w rolnictwie. System zbadano na przykładzie rzeczywistej farmy z 2000 sztuk bydła.

4

Sensitivity analysis of main parameters of pressurized SOFC hybrid system

Kupecki Jakub

Journal of Power Technologies

|

2019

|

Vol. 99, nr 2

115--122

EN

The paper presents a sensitivity analysis of a pressurized SOFC–HS system. The systems are divided into two groups: atmospheric and pressurized. The main parameter of such systems are indicated and commented. The comparison of various configurations is shown in a view of efficiency obtained. The ultra high efficiency (65% HHV, 72% LHV) of electricity production seems to be possible by systems like these.

5

Opracowanie technologii cienkich, stałotlenkowych ogniw paliwowych na podłożu anodowym

Kluczowski R., Świeca A., Kawalec M., Krauz M.

Materiały Ceramiczne

|

2018

|

T. 70, nr 2

152--160

PL

W publikacji przedstawiono prace dotyczące wykonania stałotlenkowych ogniw paliwowych na podłożu anodowym o wymiarach 100 mm  100 mm oraz 50 mm  50 mm i grubości poniżej 1 mm. Zmniejszenie grubości ogniwa paliwowego ma na celu poprawę jego parametrów elektrycznych, optymalizację przepływu gazów do jak i z anody ogniwa paliwowego oraz dodatkowo obniżenie jednostkowego kosztu materiałowego pojedynczego ogniwa paliwowego. Podłoże anodowe o składzie NiO/8YSZ 66/34 (% mas.) wykonano metodą wtrysku wysokociśnieniowego materiałów ceramicznych (CIM). Dobrano spoiwa i plastyfikatory oraz wykonano masę ceramiczną do formowania metodą wtrysku wysokociśnieniowego podłoży anodowych. Zaprojektowano i wykonano formę do wtrysku wysokociśnieniowego podłoża o żądanej grubości. Zoptymalizowano również proces wstępnego wypalania w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej, pozwalającej na nanoszenie warstw metodą sitodruku bez uszkodzenia podłoża anodowego. Na tak wykonanych podłożach anodowych wykonano pełne ogniwa paliwowe wg ustalonej konfiguracji opracowanej w CEREL. Na podłoże anodowe metodą sitodruku naniesiono warstwę anodową funkcjonalną o grubości 7 µm wykonaną z mieszaniny proszków tlenku niklu NiO (JT Baker)/8YSZ (TOSOH) 50:50 (% mas.), warstwę elektrolitową 8YSZ (TOSOH) o grubości 5 µm. Po wypaleniu tych warstw w temperaturze 1400 °C naniesiono warstwę barierową Gd0,1Ce0,9O2 (Praxair) o grubości 1,5 µm oraz warstwę katodową La0,6Sr0,4Fe0,8Co0,2O3–δ (Praxair) o grubość 30 µm, które następnie wypalono odpowiednio w temperaturze 1350 °C i 1100 °C. Wytworzono serię kompletnych ogniw paliwowych o grubości 0,55 mm o wymiarach 100 mm  100 mm i 50 mm  50 mm. Przeprowadzono badania elektrochemiczne ogniwa, uzyskując wysokie wartości właściwości elektrycznych OCV = 1,051 V i maksymalną gęstość mocy 0,604 W/cm2 przy obciążeniu prądowym 1 A/cm2.

EN

The publication presents works on the development of anode-supported solid oxide fuel cells (AS-SOFC) with base dimensions of 100 mm  100 mm and 50 mm  50 mm and overall thickness below 1 mm. The reduction of the thickness of the fuel cell aims at improving the electrical parameters, optimizing the gas flow to and from the fuel cell anode and further reducing the unit material cost of a single fuel cell. Anode support with the composition of NiO (JT Baker)/8YSZ (Tosoh) 66/34 (wt. %) were made using high-pressure injection moulding of ceramic materials (CIM). Binders and plasticizers were selected and a ceramic mass was prepared for high-pressure injection moulding of anode supports. A mould required for this operation was designed and made. The pre-sintering process has been optimized to increase the mechanical strength, allowing for direct screen printing without damaging the anode supports. Complete fuel cells on such anode supports were made, according to the established procedure developed in IEn CEREL. Two layers were deposited on sintered anode supports, using screen printing method: (i) an anode functional layer with a thickness of 7 μm made of a mixture of nickel oxide NiO (JT Baker)/8YSZ (TOSOH) 50/50 (wt. %), (ii) an electrolyte layer 8YSZ (TOSOH) with a thickness of 5 μm. After firing these layers at 1400 °C, the Gd0.1Ce0.9O2 (Praxair) barrier layer with a thickness of 1.5 μm and the La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3–δ (Praxair) cathode layer with thickness of 30 μm were deposited, and subsequently sintered at 1350 °C and 1100 °C, respectively. A series of complete fuel cells with a thickness of 0.55 mm and dimensions of both 100 mm  100 mm and 50 mm  50 mm were manufactured and subsequently tested, achieving high electrical parameters of OCV = 1.051 V and a maximum power density of 0.604 W/cm2 at a current load of 1 A/cm2.

6

Effects of gas velocity on formation of carbon deposits on AS-SOFC fuel electrodes

Motylinski K., Skrzypkiewicz M., Naumovich Y., Wierzbicki M., Kupecki J.

Journal of Power Technologies

|

2018

|

Vol. 98, nr 4

322--328

EN

The elevated operating temperatures of solid oxide fuel cells (SOFC) create favorable kinetics for the oxidation of carboncontaining gas mixtures, which may include carbon monoxide and light organic compounds. The presence of carbon-based components in the fuel might result in the formation and deposition of soot on the surface of the anode in a fuel cell. This process depends on and is driven by the prevailing thermodynamic, kinetic and electrochemical conditions. The present study was premised on the following: in addition to the aforementioned parameters providing for the operating conditions, gas velocity also affects the formation of deposits on the anode. The role of fuel gas velocity in the process was studied experimentally using 5 cm x 5 cm anode supported solid oxide fuel cells (AS-SOFC) at 750°C at velocities in the range 0.1 to 0.9 m/s. It was found that carbon deposition was clearly observable approximately 24 hours after the necessary conditions were attained. An intense stage of performance degradation typically lasts for a period of up to 60 hours. An increase in fuel flow velocity leads to an acceleration in the carbon deposition process. The correlation between velocity and cell degradation due to this phenomenon was determined and the corresponding function was proposed.

7

Verification of zero-dimensional model of SOFC with internal fuel reforming for complex hybrid energy cycles

Badur J., Lemański M., Kowalczyk T., Ziółkowski P., Kornet S.

Chemical and Process Engineering

|

2018

|

Vol. 39, nr 1

113–-128

EN

The article presents a zero-dimensional mathematical model of a tubular fuel cell and its verification on four experiments. Despite the fact that fuel cells are still rarely used in commercial applications, their use has become increasingly more common. Computational Flow Mechanics codes allow to predict basic parameters of a cell such as current, voltage, combustion composition, exhaust temperature, etc. Precise models are particularly important for a complex energy system, where fuel cells cooperate with gas, gas-steam cycles or ORCs and their thermodynamic parameters affect those systems. The proposed model employs extended Nernst equation to determine the fuel cell voltage and steadystate shifting reaction equilibrium to calculate the exhaust composition. Additionally, the reaction of methane reforming and the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen have been implemented into the model. The numerical simulation results were compared with available experiment results and the differences, with the exception of the Tomlin experiment, are below 5%. It has been proven that the increase in current density lowers the electrical efficiency of SOFCs, hence fuel cells typically work at low current density, with a corresponding efficiency of 45–50% and with a low emission level (zero emissions in case of hydrogen combustion).

8

Analiza możliwości wykorzystania ogniwa paliwowego SOFC jako pomocniczej jednostki mocy APU dla współczesnego samolotu pasażerskiego

Jaroszewicz A.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2017

|

z. 89 [295], nr 1

45--62

PL

Współczesne samoloty pasażerskie należą do czołówki najbardziej niezawodnych i bezpiecznych środków transportu publicznego. Samoloty te certyfikowane są m.in. normą ETOPS (Extended range Twin Operations) zezwalającą dwusilnikowym samolotom pasażerskim operować na trasach długodystansowych, wcześniej niedostępnych dla maszyn o takiej liczbie silników. Norma ETOPS wymaga jednakzastosowania na pokładzie dwusilnikowego samolotu pasażerskiego dodatkowych, awaryjnych źródeł zasilania energią elektryczną, pneumatyczną i hydrauliczną, kompensujących (częściowo) spadek wydajności pokładowych systemów energetycznych przy niesprawności jednego z silników i systemów z nimi powiązanych. W artykule przeprowadzono analizę wykorzystania różnych typów ogniw paliwowych w technice lotniczej oraz przedstawiono projekt wstępny pomocniczej jednostki mocy APU, wykorzystującej ogniwo paliwowe SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), przeznaczonej dla (awaryjnego) zasilania energią elektryczną samolotu pasażerskiego w koncepcji „More Electric Aircraft”.

EN

Modern passenger aircrafts belongs to the one of the most reliable and safe means of public transport. These aircrafts are certified according to ETOPS (Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards) and they enable the introduction of twin-engine passenger aircraft on transcontinental routes which were earlier unavailable for twin-engine aircrafts. ETOPS standard requires the use aboard of the twin-engine passenger aircraft additional emergency sources of electrical, pneumatic and hydraulic power which partly compensate a decrease in performance on-board power systems at the failure of one of the engines and systems associated with them. The article describes an analysis of the use of different types of fuel cells in the aerospace engineering and presents preliminary design of the auxiliary power unit APU using fuel cell SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), intended for emergency power supply of passenger aircraft in the concept of "More Electric Aircraft".

9

Wykorzystanie ogniw paliwowych SOFC do zasilania ochrony katodowej ICCP

Wantuch A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2017

|

R. 93, nr 12

187--190

PL

Obecnie cała podziemna infrastruktura, musi być chroniona przed korozją za pomocą ochrony katodowej (CP). Ochrona katodowa realizowana jest na dwa sposoby: za pomocą anod galwanicznych (SACP) oraz z wykorzystaniem zewnętrznego źródła prądu (ICCP). Systemy aktywnej ochrony katodowej z zewnętrznym źródłem prądu stałego są stosowane, gdy chroniona struktura ma dużą powierzchnię i wymaga wyższego natężenia prądu. Gdy brak jest możliwości podłączenia zasilania sieciowego, jest ono dostarczane za pomocą różnych technologii, jak np. fotowoltaiki, mikro-silników itp. W artykule przedstawiono alternatywny system zasilania wykorzystujący ogniwa paliwowe typu SOFC.

EN

At present, all underground infrastructures must be protected against corrosion by cathodic protection (CP). Cathodic protection is implemented in two ways: with galvanic anodes (SACP) and with systems using an external power source (ICCP). ICCP systems with a DC power source are used when the protected structure has a large surface area and requires a higher current. When it is not possible to connect the power supply, it is supplied by a variety of technologies, such as photovoltaics, micro motors, etc.

10

Computational fluid dynamics analysis of an innovative start-up method of high temperature fuel cells using dynamic 3d model

Kupecki J., Mich D., Motylinski K.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2017

|

Vol. 19, nr 1

67--73

EN

The article presents a numerical analysis of an innovative method for starting systems based on high temperature fuel cells. The possibility of preheating the fuel cell stacks from the cold state to the nominal working conditions encounters several limitations related to heat transfer and stability of materials. The lack of rapid and safe startup methods limits the proliferation of MCFCs and SOFCs. For that reason, an innovative method was developed and verified using the numerical analysis presented in the paper. A dynamic 3D model was developed that enables thermo-fluidic investigations and determination of measures for shortening the preheating time of the high temperature fuel cell stacks. The model was implemented in ANSYS Fluent computational fluid dynamic (CFD) software and was used for verifi cation of the proposed start-up method. The SOFC was chosen as a reference fuel cell technology for the study. Results obtained from the study are presented and discussed.

11

Protective-conducting spinel coatings applied in IT-SOFC interconnects

Brylewski T., Bobruk M., Gil A.

Ochrona przed Korozją

|

2017

|

nr 5

136--140

EN

The aim of the presented study was to deposit a protective-conducting Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 coating on the E-Brite ferritic steel by means of electrophoresis and to evaluate its physicochemical properties. The structure and morphology of the powder, sinter, and the steel/coating layered system, and the electrical conductivity of both the sinter and the coating on the steel after oxidation were investigated by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy combined with energydispersive spectroscopy (SEM-EDS), and the two-probe dc method. The obtained spinel exhibited a two-phase composition and high electrical conductivity, while the coating it formed was compact and adhered well to the metallic substrate; moreover, the measured ASR of the steel/ coating system was significantly lower than the level acceptable for interconnect materials. The conducted research confirmed the suitability of the Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 spinel as a coating on the E-Brite ferritic steel to be applied in the production of interconnects used in intermediatetemperature SOFCs.

PL

Celem niniejszej pracy jest otrzymanie oraz badania właściwości fizykochemicznych powłoki ochronno-przewodzacej Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 naniesionej na stal ferrytyczną E-Brite przy użyciu metody elektroforetycznej. Strukturę oraz morfologię proszku, spieku oraz układu warstwowego stal/powłoka, a także przewodnictwo elektryczne zarówno spieku, jak i powłoki na stali po utlenianiu badano przy pomocy dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM-EDS) oraz stałoprądowej metody dwusondowej. Uzyskany spinel wykazuje skład dwufazowy oraz wysokie przewodnictwo elektryczne, zaś uzyskana z niego powłoka jest zwarta i dobrze przylega do podłoża metalicznego, a ponadto wartość zmierzonej rezystancji układu stal/powłoka jest zdecydowanie niższa od dopuszczalnego poziomu ASR dla materiałów interkonektorowych. Na podstawie tych badań potwierdzono przydatność spinelu Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 na powłoki do modyfikacji powierzchniowej stali ferrytycznej E-Brite z przeznaczeniem na interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC.

12

Preliminary electrochemical characterization of anode supported solid oxide cell (AS-SOC) produced in the Institute of Power Engineering operated in electrolysis mode (SOEC)

Kupecki J., Motyliński K., Skrzypkiewicz M., Wierzbicki M., Naumovich Y.

Archives of Thermodynamics

|

2017

|

Vol. 38, no. 4

53–-63

EN

The article discusses the operation of solid oxide electrochemical cells (SOC) developed in the Institute of Power Engineering as prospective key components of power-to-gas systems. The fundamentals of the solid oxide cells operated as fuel cells (SOFC – solid oxide fuel cells) and electrolysers (SOEC – solid oxide fuel cells) are given. The experimental technique used for electrochemical characterization of cells is presented. The results obtained for planar cell with anodic support are given and discussed. Based on the results, the applicability of the cells in power-to-gas systems (P2G) is evaluated.

13

Wybrane problemy badawcze reakcji redukcji tlenu na granicy faz Pt|8YSZ

Dudek M., Tomczyk P., Raźniak A., Lis B., Reben M., Gajek M., Socha R. P.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 2

162--167

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań procesu redukcji tlenu w układzie O2|Pt|8YSZ (elektrolit tlenkowy 8% mol. Y2O3 w ZrO2) w warunkach pracy ogniwa SOFC z wykorzystaniem pseudopunktowych elektrod platynowych litych i porowatych. Na podstawie pomiarów chronoamperometrycznych wykonanych dla układu O2|Pt|8YSZ po spolaryzowaniu elektrody platynowej nadnapięciem ujemnym E = -0,5 V w temperaturze 700 °C, stwierdzono wzrost wielkości prądu w przypadku obu typów elektrod w czasie długotrwałej polaryzacji. Zastosowanie metody elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej pozwoliło na stwierdzenie zmniejszenia się oporności omowej Rs, której wielkość nie powinna zależeć od przyłożonego nadpotencjału. Znacznemu obniżeniu uległa również wielkość oporności polaryzacyjnej (aktywacyjnej) Rp, co związane jest głównie z kinetyką reakcji elektrodowej redukcji tlenu. Przyczyną obserwowanych zmian oporności Rp oraz Rs po spolaryzowaniu nadnapięciem ujemnym może być poszerzenie strefy reakcji redukcji tlenu. Fakt ten potwierdziły obserwacje wykonane metodą mikroskopii skaningowej powierzchni kontaktu elektrody Pt z elektrolitem 8YSZ dla „zamrożonych” próbek po badaniach elektrochemicznych. Platynowa elektroda spolaryzowana ujemnym nadnapięciem jest źródłem migrującego metalu, który rozprzestrzenia się wokół elektrody w formie dendrytu. Tak więc rozbudowa metalicznej struktury dendrytowej w strefie przyelektrodowej zwiększa pole kontaktu trzech faz, na którym zachodzi reakcja redukcji tlenu. Czynniki te prowadzą do wzrostu wielkości prądu płynącego przez półogniwo: O2|Pt|8YSZ. Dodatkowo w wyniku pomiarów wykonanych metodą XPS/ESCA zidentyfikowano zmiany struktury powierzchniowej warstwy elektrolitu 8YSZ w obszarze kontaktu z elektrodą Pt, zachodzące pod wpływem długotrwałej polaryzacji.

EN

This paper presents the investigations of the oxygen reduction process in the O2|Pt| 8YSZ (8 mol.% Y2O3 in ZrO2) system using the quasi metallic point and porous platinum electrodes. The chronoamperometric and electrochemical impedance spectroscopy measurements were performed for the O2|Pt|8YSZ system at 700 °C after polarization of the platinum electrode with a negative overpotential of E = -0.5. The increase in absolute values of current, which flowed in the O2|Pt|8YSZ half-cell, was noticed for both types of platinum electrodes during the long-term polarization. Electrochemical impedance spectroscopy investigations revealed a decrease of ohmic resistance Rs which should not be dependent on the applied voltage. The decrease in polarization resistance Rp was also noticed, being mainly related to the electrode reaction kinetics of oxygen reduction. The main reason for the observed changes in the Rp and Rs resistances during the long time polarization at the overpotential of -0.5 V could be related to variations of the Pt electrode geometry. These facts were confirmed by the SEM/EDX analysis. The platinum electrode polarized with the negative overpotential is a source of dendrite-like particles deposited on the 8YSZ surface. Thus, expansion of the metallic dendrite structure in the place of direct contact with the quasi point electrode caused a increase of the three phase boundary area. As a consequence of this, a continuous increase in current for the O2|Pt|8YSZ system was observed. These observations agree with the XPS/ESCA investigations which identified changes in the surface structure of the 8YSZ ceramic electrolyte that occurred during the long-time polarization.

14

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.

15

Selected aspects of the design and operation of the first Polish residential micro-CHP unit based on solid oxide fuel cells

Kupecki J., Skrzypkiewicz M., Stefański M., Stępień M., Wierzbicki M., Golec T.

Journal of Power Technologies

|

2016

|

Vol. 96, nr 4

270--275

EN

The first Polish micro-combined heat and power unit (micro-CHP) with solid oxide fuel cells (SOFC) was designed and constructed in the facilities of the Institute of Power Engineering in Warsaw. The system was launched in September 2015 and is under investigation. At the current stage the unit is customized to operate on a pre-treated biogas. Adaptation of the fuel processing system, which is based on a steam reformer, makes it possible to utilize other gaseous and liquid fuels, including natural gas. The electric and thermal output of the system, up to 2 kW and about 2 kW, respectively, corresponds to the typical requirements of a detached dwelling or a small commercial site. Functionality of the system was increased by engaging two separate start-up modules, which are used for preheating the system from a cold state to the nominal working conditions. The first module is based on a set of electric heaters, while the second module relies on an additional start-up burner. The startup of the system from ambient conditions up to a thermally self-sufficient stage takes about 7 hours using the electric preheaters mode. Output residual heat was used to heat water to a temperature of about 50°C. The temperature of the flue gases at the inlet to the hot water tank was measured at approximately 300°C. Steam reforming of the biogas was performed by delivering deionized water to the steam reformer in order to maintain the S/C ratio at a range of 2–3.5. Selected aspects of the design and construction as well the first operational experiences are presented and discussed. The numerical modeling methodology is presented as a complimentary tool for system design and optimization.

16

Influence of yttrium on the physicochemical properties of the Fe-25Cr ferritic steel for IT-SOFC interconnects

Brylewski T., Gil A., Dąbek J.

Ochrona przed Korozją

|

2015

|

nr 11

410--415

EN

The study investigates the influence of yttrium ion implantation on the heat resistance and electrical conductivity of the Fe-25- Cr ferritic steel used as a material for interconnects applied in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). The oxidation kinetics of the Fe-25Cr steel, both unmodified and modified, were determined during 200 hrs of observation under isothermal conditions in air and the Ar/H2/H2O and Ar/CH4/H2O gas mixtures at 1073K. A significant improvement in corrosion resistance was observed after surface modification. XRD and SEM-EDS investigations showed that a protective scale composed mainly of Cr2O3 had formed. The yttrium-implanted steel exhibited the lowest area-specific resistance (ASR), which did not exceed the level acceptable for IT-SOFC interconnect materials (0.1 Ω⋅cm2), unlike the ASR of the unmodified steel.

PL

W pracy zbadano wpływ implantowanego jonowo itru na żaroodporność i przewodnictwo elektryczne stali ferrytycznej Fe-25Cr, stosowanej na interkonektory do ogniw paliwowych IT-SOFC. Wyznaczono kinetykę utleniania w warunkach izotermicznych (1073 K, 200 godz.) dla materiału wyjściowego oraz modyfikowanego w środowisku powietrza oraz w mieszaninach gazów: Ar/H2/H2O i Ar/CH4/H2O. Stwierdzono, że stal modyfikowana za pomocą implantacji jonowej charakteryzuje się wyższą odpornością na korozję. Badania XRD i SEM-EDS wykazały, że ochronna zgorzelina w zasadniczej części zbudowana była z Cr2O3. Stal implantowana itrem, w przeciwieństwie do niemodyfikowanej, posiadała niższą powierzchniową rezystancją elektryczną ASR od wartości dopuszczalnej (0,1 Ω⋅cm2) dla materiałów przeznaczonych na IT-SOFC interkonektory.

17

Effects of plasma-assisted CVD surface modification of the Crofer 22APU steel on its selected physicochemical properties

Januś M., Kluska S., Bobruk M., Brylewski T., Jastrzębski W., Zimowski S., Grzesik Z.

Ochrona przed Korozją

|

2015

|

nr 11

418--422

EN

The paper presents the modification of the surface of the Crofer 22APU ferritic stainless steel with SiCxNy(H) layer, and its influence on the applicability of the steel in intermediate-temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) interconnects. The layer was obtained via plasma-assisted chemical vapor deposition (PACVD) with and without prior nitriding. To determine the impact of the surface modification on the steel’s resistance to high-temperature corrosion and the on its mechanical properties, the chemical composition, structure, and microstructure were investigated by means of FTIR, XRD, and SEM-EDS. Microhardness and Young’s modulus were also measured. It was demonstrated that the deposition of the SiCxNy(H) layer in plasmo-chemical conditions after prior nitriding of the surface of the Crofer 22APU is beneficial.

PL

Praca dotyczy modyfikacji powierzchniowej polegającej na naniesieniu warstwy SiCxNy(H) na stal ferrytyczną Crofer 22APU z przeznaczeniem na interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC. Warstwę otrzymano przy użyciu techniki chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganej plazmowo (PACVD) bez uprzedniego azotowania oraz z wcześniejszym azotowaniem. W celu określenia wpływu modyfikacji powierzchniowej stali na poprawę odporności na korozję wysokotemperaturową oraz właściwości mechanicznych zostały przeprowadzone badania składu chemicznego, struktury i mikrostruktury przy użyciu FTIR, XRD i SEM-EDS a także pomiary mikrotwardości i modułu sprężystości. Wykazano, że korzystne jest otrzymanie warstwy SiCxNy(H) po uprzednim procesie azotowania powierzchni stali Crofer 22APU w warunkach plazmochemicznych.

18

Niekonwencjonalne źródła energii w IEl/OW - materiały i aplikacje

Paściak G., Chmielowiec J., Malinowski M.

Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe

|

2015

|

Nr 2 (106)

263--268

PL

W artykule przedstawiono profil tematyki badawczej Pracowni Niekonwencjonalnych Źródeł Energii, dotyczący m.in. ogniw paliwowych od opracowań materiałowych, do ich impementacji w urządzeniach elektro-chemicznych i elektrycznych. Zaprezentowano dwa typy ogniw paliwowych (SOFC i PEMFC) oraz możliwości ich wykorzystania na przykładzie własnych opracowań aplikacyjnych.

EN

The article describes the research area of Renewable Energy Sources Section of Electrotechnical Institute. It includes subject matter of fuel cell, particularly material science engineering and fuel cel implementation to various electrochemical and electrical devices. Two types of fuel cells were presented i.e. SOFC and PEMFC. Additionally, their exemplary, constructed applications were described.

19

Review of hydrogen production technologies for auto-motive sector – thermodynamic analysis of energy and exergy losses

Kowalczyk T., Badur J.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

9232--9237, CD3

EN

Few recent years has shown that hydrogen technology has a good chance to replace petroleum technology in automotive sector. However, hydrogen in pure form practically does not occur on Earth. That is why H2 form is used only as an energy carrier and it must be produced using another source of energy form water or hydrocarbon fuels. In this paper short overview of hydrogen production technology has been presented, with energy and exergy analysis of four chosen technologies. Water and steam splitting using PEM as efficient and technically the simplest methods, SOEC as an industrial high effective thermoelectric process and thermochemical decomposition as non-electric alternative.

PL

W ciągu kilku ostatnich lat udowodniono, że w sektorze motoryzacyjnym technologia wodorowa ma realne szanse zastąpić ropie naftową. Jednakże wodór w stanie wolnym praktycznie nie występuje na Ziemi. Z tego powodu wodór w postaci cząsteczkowej może być traktowany jedynie jako nośnik, a nie źródło energii i musi być wytworzony używając innego źródła energii z wody lub paliw hydrowodorowych. W niniejszej pracy pokrótce zostały przedstawione technologie produkcji wodoru z analizą energetyczną i egzergetyczną czterech z nich. Hydrolizy wody i pary wodnej metodą PEM jako efektywnej i technicznie najprostszej metody, SOFC jako efektywnego procesu termoelektrycznego w skali przemysłowej i termochemicznego rozkładu wody jako alternatywy dla metod wykorzystujących zjawisko elektrolizy.

20

Microstructure And Mechanical Properties Of Crofer 22 APU Ferritic Stainless Steel

Stygar M., Durda E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

985--988

EN

The objective of this work was to expand the knowledge on mechanical properties of the oxidized Crofer 22 APU Ferritic Stainless Steel. To examine adhesion of oxide scale formed on steel the scratch test was performed. Scratch test as an appropriate method for qualitative evaluation of the film adhesion to substrate has been used in many studies. Scratch properties were investigated before and after oxidation at 800°C for 500 hours in laboratory air.

PL

Celem niniejszej pracy było poszerzenie wiedzy o mechanicznych właściwościach ferrytycznej stali Crofer 22 APU po procesie wysokotemperaturowego utleniania. Pomiary właściwości mechanicznych utworzonej warstwy tlenkowej wykonano metodą zarysowania – scratch testu. Test zarysowania jast najpopularniejszą metodą badania wytrzymałości połączenia powłoki z podłożem. Badania prowadzono na materiale w stanie wyjściowym oraz po utlenianiu przez 500 godzin w temperaturze 800°C – typowych warunkach pracy ogniwa paliwowego typu SOFC.