EltraPSO_slutrapport_final.doc - Energinet.dk

More documents

Recommendations

Info

afslutning 31/12 2003. Opbygningen af celletestudstyr til levetidsanalyse er samfinancieret med et Elkraft PSO-projekt (DK-SOFC e&f), BRO-nr. 91.035. 3 Den direkte udgift til ombygningen samt indkøb af diverse produktionsudstyr er egenfinansieret af Risø, mens projektdeltagernes timeforbrug til planlægning, etablering og indkøring er finansieret gennem nærværende projekt. Projektafslutningen blev forlænget til 31/4 2004. Resultater 1. Opbygning af celletestudstyr til levetidsanalyse Der er opbygget fire teststande til langtidstest (over 1000 timer) af 5x5 cm 2 celler med et aktivt areal på 4x4 cm 2 . Cellerne anbringes og fikseres i et testhus, der er udført som to halvskaller i Al2O3, og der anvendes deformerbare kontaktlag (gasfordelere) og forseglinger for henholdsvis at sikre god elektrisk kontakt og gastæthed mod cellen (se figur 1). Udgangspunktet for det valgte testdesign er, at testhuset med diverse hjælpekomponenter ikke påvirker cellernes egenskaber. Det er muligt at teste med brændslerne brint, metan og simuleret metan, med et vandindhold på 0-90%, og der kan trækkes en strøm på op til 2 A/cm 2 . Der foreligger en godkendt sikkerhedsbeskrivelse for testopstillingerne. Dataopsamlingen foretages fra en central pc, der også styrer en strømforsyning til strømspændingsmålinger. Ved instrumenteringen er der taget hensyn til at få både celle-, stak- og modelleringsrelevante data, også med en verifikation af bl.a. forseglingernes stand. Dataopsamlingsprogrammet er efterfølgende udbygget således, at det også omfatter automatisk rapportering af standardtests. Validering af celletestopstillingerne er udført ved en række langtidscelletest, hvor testperioden er fra 1000 til 2000 timer og i et enkelt tilfælde op til 7000 timer. Disse test har resulteret i degraderingsrater for den elektriske celleydelse på under 1% pr. 1000 timer (se figur 2). Desuden er holdbarheden af forseglingsteknologien også demonstreret, idet der ikke ses nogen ændring i lækraterne under test. Der er siden bygget yderligere fire testopstillinger efter samme principper. Cathode current collector, Au foil Cathode coupling component Cell Anode coupling component Glass seal Anode current collector, Ni foil Air flow H 2 flow Cell house, alumina Figur 1. Celletest-opstilling. 4
Cell Voltage [mV] 900 800 700 PSC0252 600 300 400 500 600 700 800 Time [h] 900 1000 1100 1200 1300 Figur 2. Cellespænding som funktion af tid for cellen PSC0252, der er testet 1300 timer ved 850 °C. Testbetingelser: konstant strømtræk 0,5 A/cm 2 , 5% H2O i brændselsgassen (8,6% H2 i N2). De lodrette linjer repræsenterer strøm-spændingsmålinger. Effekttabet pr. 1000 timer er under 1%. 2. Etablering af præpilot-anlæg Formålet med præpilot-anlægget er dels at analysere anvendeligheden og reproducerbarheden af de fremstillingsmetoder, der er udviklet i laboratoriet, dels at danne basis for en mulig videreudvikling til en egentlig industriel produktion. Anlægget skal samtidig rumme mulighed for fortsat forbedring af brændselscellerne. De valgte metoder og udstyr til fremstilling af brændselsceller har naturligvis været stærkt præget af det forsknings- og udviklingsarbejde, der med så godt resultat er udført på AFM gennem mange år. Som udgangspunkt for opskaleringen blev valgt en anodesupporteret celletype med femlagskatode som vist på figur 3. Opskaleringen fra laboratorieniveau til pilotskala giver selvsagt en oplagt mulighed for at overveje de enkelte procestrin. Figur 4 viser et flowdiagram med de overordnede procestrin, der indgår i fremstillingen af en brændselscelle. Fremstillingen er generelt baseret på vådkeramiske processer, hvor pulveret under mekanisk formaling dispergeres i et opløsningsmiddel vha. diverse hjælpestoffer. Der tilsættes efterfølgende andre hjælpestoffer såsom organiske bindere. En sådan suspension kaldes en slurry. Anodesupporten, der er det bærende lag, fremstilles ved udstøbning (tape-casting) af en slurry på et bevægeligt underlag. Efter tørring er det ubrændte lag ca. 0,4 mm (400 µm) tykt. I næste procestrin sprøjtemales anodesupporten med anode- og elektrolytslurries, hvorefter der udskæres emner af en passende størrelse. Disse brændes i ovn ved høj temperatur. De fremstillede halvceller, der består af følgende tre lag: anodesupport, anode og elektrolyt, bliver efterfølgende pålagt en femlagskatode ved sprøjtemaling. Katodepålægningen udføres i tre omgange, der hver afsluttes med en brænding. 5
Page 1 and 2: Forskningscenter Risø Afd. For Mat
Page 3: Introduktion Det overordnede formå
Page 7 and 8: Figur 5. Før- og efterbilleder, de
Page 9 and 10: Figur 6. Kuglemøller med sikkerhed
Page 11 and 12: Curvature (mm) 10 8 6 4 2 0 200 215
Page 13 and 14: ASR (Ωcm 2 ) (Corrected for FU) 2
Page 15 and 16: 2 Slurry P, tid, fordampet opl. mid
Page 17 and 18: Mekanisk fladtrykning For at kunne
Page 19 and 20: Average thickness ( µm) 450 400 35
Page 21 and 22: Ovn H H = Halvcell Kode: Ovn navn S
Page 23 and 24: ASR cells in Ω*cm 2 0.8 0.7 0.6 0
Page 25 and 26: Konklusion Projektets hovedformål
Page 27 and 28: Séverine Ramousse, Peter Halvor La
Page 29 and 30: Præsentationer ved internationale

EltraPSO_slutrapport_final.doc - Energinet.dk

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?