Yksi- ja kolmikerroksisten nanokomposiittipolttokennojen analysointi

Sami Jouttijärvi

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Polttokennot muuttavat polttoaineen kemiallisen energian suoraan sähköksi. Polttokennot ovat potentiaalisia ehdokkaita tulevaisuuden puhtaaseen sähköntuotantoon, mikäli niiden kaupallistamista rajoittavat keskeiset haasteet saadaan ratkaistua. Polttokennoja on useita eri tyyppejä. Tämä väitöskirja käsittelee keraamisia nanokomposiittipolttokennoja (CNFC) ja yksikomponenttipolttokennoja (SLFC). Molemmat näistä operoivat keskialueen lämpötiloissa, noin 500-600 celsiusasteessa. CNFC:t hyödyntävät perinteistä kolmikerroksista rakennetta: niissä on anodi, elektrolyytti ja katodi. Avainkomponentti on elektrolyytti, joka koostuu kiinteän oksidin ja suolan, tässä väitöskirjassa seostetun ceriumoksidin ja alkalikarbonaattiseoksen, muodostamasta komposiitista. Tällainen komposiittielektrolyytti mahdollistaa tehokaan moni-ionijohtavuuden, mikä vähentää kennon ohmisia häviöitä. Erinomaiset tehotiheydet, yli 1 W neliösenttimetriä kohti, saavutettiin kahdella eri CNFC:llä tässä väitöskirjassa. SLFC on uraauurtava innovaatio missä kaikki polttokennotoiminnot on tiivistetty yhteen kerrokseen, joka koostuu puolijohteen (tässä väitöskirjassa litium-nikkeli-sinkkioksidi tai kupari-rautaoksidi) ja ionijohteen (tässä väitöskirjassa seostettu ceriumoksidi tai seostettu ceriumoksidi – alkalikarbonaattisekoitus). SLFC:n rakenne eliminoi haasteet, jotka johtuvat kolmikerrosrakenteesta ja mahdollistaa valmistusmenetelmien yksinkertaistamisen. Tässä väitöskirjassa tutkittiin SLFC:n toimintaperiaatetta ja suorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä. Avaintuloksiin sisältyy protonin dominointi happi-ionin suhteen ionijohtavuudessa tutkituissa SLFC-konfiguraatioissa sekä se, että CNFC:n komposiitti-ionijohteen soveltaminen SLFC:hen paransi huomattavasti suorituskykyä. Koska sekä CNFC että SLFC ovat monimutkaisia nanotason rakenteita, niiden mikrorakenteen tutkiminen elektronimikroskopialla ja röntgensädespektroskopialla tunnistettiin kriittiseksi menetelmiksi makroskooppisen toiminnan ymmärtämiseksi. Systemaattisia tutkimuksia yhdistettynä moderneihin mikroskooppisiin metodeihin ehdotetaan keinoksi edistää sekä CNFC:n että SLFC:n kaupallistamista.
Julkaisun otsikon käännösYksi- ja kolmikerroksisten nanokomposiittipolttokennojen analysointi
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Lund, Peter, Valvoja
  • Asghar, Imran, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-3799-8
Sähköinen ISBN978-952-60-3800-1
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • yksikomponenttipolttokenno
  • keraaminen nanokomposiittipolttokenno
  • mikroskooppinen karakterisointi

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Yksi- ja kolmikerroksisten nanokomposiittipolttokennojen analysointi'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä