Inkjet Printing for Low-Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Comparative Fabrication Techniques and Microstructural Investigations

Julkaisun otsikon käännös: Mustesuihkutulostus matalan lämpötilan kiinteän oksidin polttokennoille: Vertailututkimus valmistustekniikoista ja mikrostruktuuritutkimuksista

Sanaz Golkhatmi Zarabi

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Kiinteäoksidipolttokenno (SOFC) on lupaava puhtaan energian teknologia, mutta sen haasteena on mm. kennojen kestävyys ja stabiilisuus. Tämä väitöskirja käsittelee näitä haasteita tutkimalla uusien SOFC-komponenttien valmistusmenetelmiä ja niiden mikrorakenteita. Työssä hyödynnetään kehittyneitä perusmateriaaleja valmistusprosessissa, mikä mahdollistaa huomattavasti alhaisemmat käyttölämpötilat kuin perinteisillä materiaaleilla, mikä puolestaan voi parantaa kennojen käyttöikää. Väitöskirjassa esitellään ainutlaatuinen mustesuihkutulostustekniikka, joka on maskiton, tarkka ja kosketukseton menetelmä korkean suorituskyvyn materiaalien valmistamiseksi räätälöidyillä mikrorakenteilla. Tämä on erityisen hyödyllistä katodissa, jossa hapen pelkistysreaktio aiheuttaa aktivointihäviöitä. Tutkimuksessa kehitettiin ja optimoitiin kolme erilaista ainekoostumusta: La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 (LSCF), CuFe2O4 ja CuFe2O4 – Gd:CeO2 (GDC) nanokomposiitti. Näitä verrattiin muihin pienviskositeettisiin musteisiin, joita käytettiin pisaravalussa ja pyöröpinnoituksessa. Kehitettyjä musteiden ominaisuuksia analysoitiin monipuolisesti erilaisin menetelmin. Kaikki musteet osoittivat erinomaista suihkutuskykyä ja ne soveltuvat hyvin mustesuihkutulostusprosessiin. Mustesuihkuntulostus paransi selvästi sähkökemiallista suorituskykyä pisaravalu- ja pyöröpinnoitustekniikoihin verrattuna samalla musteella. Esimerkiksi LSCF-symmetrisen kennon ohminen vastus putosi lähes kolmannekseen pisaravalettuun kennoon verrattuna 550 °C:ssa ilmassa ja vähensi massadiffuusiovastusta 4,25-kertaisesti. Impedanssispektroskopialla havaittiin, että mustesuihkutulostus voi laskea 100-kerroksisen kennon pinta-alakohtaista vastusta lähes 70 prosenttia. CuFe2O4 – GDC-nanokomposiittimusteella käyttäen Samba-patruunaa 650°C:ssa vety- ja ilmakehissä, paras mustesuihkutulostettu täydellinen polttokenno antoi ohmiselle ja pinta-alakohtaiselle vastukselle arvot 0.96 ja 1.12 Ω cm² käyttäen vain 1,63 mg cm-2 mustetta. Pyöröpinnoitetussa ja pisaravaletussa kennossa samalla mustemäärällä saatiin huomattavasti korkeammat vastusarvot. Työn tulokset korostavat mustesuihkutulostuksen potentiaalia morfologisessa hallinnassa, kaasunsiirron parantamisessa, ionisiirtohäviöiden vähentämisessä ja varaussiirtoreaktioiden nopeuttamisessa. Tätä kautta kennojen sähkökemiallinen suorituskyky parani, mikä korostaa mustesuihkutulostuksen potentiaalia katodimorfologian räätälöinnissä korkean suorituskyvyn materiaalien kehittämiseksi sähkökemiallisessa energianmuunnossa kuten polttokennoissa.
Julkaisun otsikon käännösMustesuihkutulostus matalan lämpötilan kiinteän oksidin polttokennoille: Vertailututkimus valmistustekniikoista ja mikrostruktuuritutkimuksista
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Lund, Peter, Vastuuprofessori
  • Asghar, Imran, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1976-3
Sähköinen ISBN978-952-64-1977-0
TilaJulkaistu - 2024
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • mustesuihkutulostus
  • matala lämpötila
  • kiinteän oksidin polttokennot
  • valmistustekniikat
  • mikrostruktuuritutkimus

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Mustesuihkutulostus matalan lämpötilan kiinteän oksidin polttokennoille: Vertailututkimus valmistustekniikoista ja mikrostruktuuritutkimuksista'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä