Kiinteäoksidipolttokennojärjestelmien suorituskyvyn parantaminen

Matias Halinen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Kiinteäoksidipolttokennojärjestelmät (solid oxide fuel cell, SOFC) mahdollistavat sähköntuotannon hyvällä hyötysuhteella ja pienillä päästöillä. SOFC-järjestelmät soveltuvat monille erilaisille polttoaineille ja eri teholuokkiin, joten niitä voidaan käyttää laajasti erityyppisissä sovelluskohteissa. Tällä hetkellä ensimmäiset SOFC-järjestelmät ovat jo markkinoilla, joskin erilaisten taloudellisten tukijärjestelmien avustamina. Järjestelmien suorituskyky, hinta ja elinikä eivät ole vielä kilpailukykyisiä perinteisiin sähköntuotantomenetelmiin verrattuna, vaan vaativat yhä kehitystyötä. SOFC-järjestelmä voidaan toteuttaa monin eri tavoin, ja siksi on tarpeellista tutkia järjestelmien rakennetta ja rakentamiseen käytettävien komponenttien suorituskykyä sekä teknistä soveltuvuutta kokonaisuutena. Lisäksi järjestelmän pääkomponentin, SOFC-kennoston, toimintaolosuhteet vaativat tarkkaa hallintaa korkean hyötysuhteen ja pitkän käyttöiän turvaamiseksi. Järjestelmien vaatimien mitta- ja oheislaitteiden vähentäminen on tarpeen järjestelmän hinnan pienentämiseksi. Tämä väitöskirja käsittelee SOFC-järjestelmien rakennetta, komponentteja ja operointia. Väitöskirjatyön tavoitteina oli (i) löytää SOFC-järjestelmälle toteuttamiskelpoinen rakenne, jolla voidaan saavuttaa korkea, yli 45 %:n sähköhyötysuhde, ja (ii) kehittää ratkaisuja, jotka parantavat ja yksinkertaistavat järjestelmien operointia. Väitöskirjassa esitetään uudenlainen järjestelmärakenne, jolla työlle asetettu hyötysuhdetavoite on mahdollista saavuttaa. Järjestelmässä käytetään ns. anodikaasun takaisinkierrätystä, joka parantaa järjestelmän omavaraisuutta poistamalla ulkoisen vedensyötön tarpeen. Järjestelmärakenteen toteutettavuus osoitetaan kokeellisesti rakentamalla prototyyppi järjestelmästä ja suorittamalla sillä pitkäaikaiskokeita. Prototyyppiä käyttäen selvitetään SOFC-järjestelmien rakenteessa ja operoinnissa esiintyviä ongelmia, jotka liittyvät (i) hiilenmuodostumisen estämiseen polttoainejärjestelmässä, (ii) kennoston vuotojen ja niiden vaikutusten määrittämiseen, (iii) kennoston anodin suojaamisen vaurioilta järjestelmän käynnistyksen aikana ja (iv) kennoston lämpötilan hallintaan. Kyseisille ongelmille esitetään toteuttamiskelpoiset ratkaisut, jotka parantavat ja yksinkertaistavat SOFC-järjestelmien rakennetta ja operointia ja voivat osaltaan helpottaa niiden kaupallistumista.
Julkaisun otsikon käännösKiinteäoksidipolttokennojärjestelmien suorituskyvyn parantaminen
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Lund, Peter, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-951-38-8237-2
Sähköinen ISBN978-951-38-8238-9
TilaJulkaistu - 2015
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Kiinteäoksidipolttokennojärjestelmien suorituskyvyn parantaminen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä