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 käännös | Mustesuihkutulostus matalan lämpötilan kiinteän oksidin polttokennoille: Vertailututkimus valmistustekniikoista ja mikrostruktuuritutkimuksista |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-1976-3 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-1977-0 |
Tila | Julkaistu - 2024 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 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.Laitteet
-
-
OtaNano Nanomikroskopiakeskus
Seitsonen, J. (Manager) & Rissanen, A. (Other)
OtaNanoLaitteistot/tilat: Facility
-
Raaka-aineiden tutkimusinfrastruktuuri
Karppinen, M. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility