Development of solid oxide fuel cell stack components and characterization methods

Julkaisun otsikon käännös: Kiinteäoksidipolttokennoston komponenttien ja karakterisointimenetelmien kehitys

Johan Tallgren

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Kiinteäoksidipolttokennot (SOFC) ovat lupaava teknologia energiatuotannon hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä ja ilmastonmuutoksen torjumisessa. Sen etuja ovat korkea hyötysuhde, vähäiset päästöt ja monipuolisuus polttoainevalinnassa. Käyttöönottoa haittaa korkeampi hintataso perinteiseen energiantuotantoon verrattuna ja lisäkehitystä tarvitaan. Väitöskirja keskittyy valittuihin kehitystarpeisiin: metallisten virtauskanavalevyjen suojapinnoitteisiin kromihöyrystymisen vähentämiseksi, kokoonpuristuviin kennoston hybriditiivisteisiin ja todenmukaisia käyttöolosuhteita jäljitteleviin karakterisointimenetelmiin. Kennoston karakterisointi tulisi suorittaa menetelmillä, jotka jäljittelevät todellisia käyttöolosuhteita, mukaan lukien polttoaine ja sen esikäsittely. Työssä kehitettiin SOFC testiasemaan maakaasun esireformeri, tarkoituksena toimia monipuolisena tutkimusvälineenä. Esireformeri toimi eri reformointimenetelmillä ja laajalla lämpötila- ja kaasunvirtausalueella. Tuotekaasun koostumus voidaan määritellä ulostulolämpötilan perusteella. Toinen kehitetty karakterisointimenetelmä on sähkökemialliseen impedanssispektroskopiaan perustuva in situ mittausmenetelmä kennoston lämpötila- ja polttoaineen käyttöastejakauman määrittämiseen. Menetelmää käytettiin kennostokarakterisoinnissa ja tulokset olivat yhteensopivat kennojännitteiden perusteella tehdyn analyysin kanssa. Menetelmää voi käyttää apuna kennostorakenteiden tutkimuksessa. Työssä kehitettiin metallisten virtauskanavalevyjen mangaani-kobolttioksidisia suojapinnoitteita. Nämä karakterisoitiin uudenlaisella mittausmenetelmällä, joka jäljittelee kennosto-olosuhteita. Kehitetty menetelmä sisältää samat kontaktimateriaalit, sähköiset kontaktit, kemialliset reaktiot sekä kromin siirtymismekanismit kuin kennostossa. Lisäksi menetelmä mahdollistaa testin jälkeisen analyysin kromin kulkeutumisesta pinnoitteen läpi samaa näytettä hyödyntäen. Eri pinnoitusmenetelmillä tehtyjä Mn-Co-oksidipinnoitteita arvoitiin pinnoitteen pinta-alanormalisoidun resistanssin (ASR), mikrostruktuurin ja kromihöyrystymisen ehkäisykyvyn perusteella. Fysikaalisella kaasufaasipinnoituksella (PVD) tehdyillä pinnoitteilla oli alhaisin ASR ja nämä ehkäisivät kromihöyrystymistä. Pinnoitteet sopisivat sellaisenaan SOFC kennostoihin. Parhaiten toimivat pinnoitteet todettiin olevan tiheitä ja hyvin kiinnittyneitä substraattiin. Työssä kehitettiin ja testattiin hybriditiivisteitä, jotka koostuvat kokoonpuristuvasta ytimestä jonka pinnoilla on lasikerros. Tiivistemateriaalin vuototaso oli alhaisemmilla puristuspaineilla alempi kuin pinnoittamattomien kokoonpuristuvien tiivisteiden vuototaso. Hybriditiivisteissä vuototason todettiin olevan pääsääntöisesti kaasukompositiosta riippuva ylipaineen sijaan ja vuodon olevan diffuusiivista. Hybriditiivisteen ja kennostomateriaalien välistä vuorovaikutusta tutkittiin in situ kennostokokeella. Merkittäviä vuorovaikutuksia ei havaittu ja tiiviste todettiin sopivan SOFC käyttöön. Flexitallic Ltd on kaupallistanut tulokset.
Julkaisun otsikon käännösKiinteäoksidipolttokennoston komponenttien ja karakterisointimenetelmien kehitys
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Lund, Peter, Vastuuprofessori
  • Himanen, Olli, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0119-5
Sähköinen ISBN978-952-64-0120-1
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • kiinteäoksidipolttokenno
  • suojapinnoite
  • tiivistemateriaali
  • karakterisointimenetelmä

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Kiinteäoksidipolttokennoston komponenttien ja karakterisointimenetelmien kehitys'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä