EltraPSO_slutrapport_final.doc - Energinet.dk

More documents

Recommendations

Info

Egenskab Mål Kantkrøl < 50 µm – krumning på yderste 2-3 mm af celle Cellekrumning < 6 mm (kant-midt) – krumning af halvcelle pga. forskel i termisk udvidelseskoefficient mellem anodesupport og elektrolyt Mekanisk styrke Overleve fladtrykning ved – fladtrykning under stakningsbetingelser vægtbelastning > 500 g/cm 2 Ensartet lagtykkelse < 20% variation – variation på tværs af celle Elektrisk degradering under accelererede testbetingelser – > 0.5 A/cm 2 < 3% pr. 100 timer og > 50% omsætning af H2 ASR – 850 °C i H2 < 0,35 Ωcm 2 Tabel 1. Udviklingsmål (specifikationer) for anodesupporteret celle, fastsat primo 2002. Etablering af de nye langtidscelletestopstillinger gjorde det muligt at teste cellerne under accelererede betingelser (høje strømtræk og høj omsætning af anodegas (høj H2O-koncentration)). Resultatet af disse test var en overraskende høj elektrisk degraderingsrate, der i nogle tilfælde resulterede i mekanisk sammenbrud af cellen. En efterfølgende analyse fastslog, at holdbarhedsproblemerne skyldtes tilstedeværelsen af manganoxid på anodesiden. Under anodebetingelser bliver mangan mobiliseret, hvilket resulterer i korngrænsekorrosion af elektrolytten, der i ekstreme tilfælde medførte delaminering af katoden. 4 Dette første resultat af levetidsanalysen medførte ikke overraskende en forsinkelse i opskalerings- og optimeringsfasen, idet det var nødvendigt at udvikle en mere stabil celletype. Udviklingsaktiviteten fandt sted ultimo 2001 i DK-SOFCe&fprojektet, 3 hvorefter den nye celletype baseret på en manganfri anodesupport kunne opskaleres i produktionen til de opstillede udviklingsmål (se tabel 1). Etablering af udstyr samt in<strong>dk</strong>øring og opskalering af fremstillingsprocessen Med udgangspunkt i procesbeskrivelsen blev der udarbejdet en liste over nødvendigt produktionsudstyr indeholdende de ønskede specifikationer. Ud over det egentlige produktionsapparat er der naturligvis også behov for en lang række hjælpeudstyr, der dog ikke omtales i det følgende. Etableringen af produktionsudstyret blev iværksat som en rullende proces, der først omfattede udstyr til fremstilling, stansning og sintring af anodesupports, hvorefter udstyr til sprøjtemaling af anode-, elektrolyt- og katodelag blev etableret, herunder også en ovn til sintring af katoder. Støbe- og sprøjteslurries Fremstilling af de forskellige slurries foregår som nævnt vha. formaling og blanding i kuglemøller. Standardbeholderstørrelsen i laboratorieproduktionen var ca. 250 ml, mens det i den opskalerede produktion var nødvendigt at øge beholderstørrelsen op til 25 l. For at minimere forureningen af de fremstillede slurries blev de specialdesignede beholdere fremstillet i polyethylen (PE). Da 8
Figur 6. Kuglemøller med sikkerhedsstålbeholder, der rummer en 25 l slurrybeholder. slurryopskrifterne er baseret på organiske opløsningsmidler og samtidig indeholder andre sundhedsskadelige stoffer, blev der som resultat af risikoanalysen fremstillet sikkerhedsbeholdere i stål. Under formalingsprocessen er PE-beholderne således placeret i en lukket stålbeholder, der opfanger eventuelle lækager. Selve formalingen udføres på vandretliggende, roterende valser. Der er bygget fem kuglemøller på Risø som vist på figur 6. Møllerne er udstyret med en frekvensomformer til trinløs regulering af rotationshastigheden. Som det også fremgår af figuren er der installeret en traverskran, idet de største beholdere med malelegemer og sikkerhedsbeholder vejer mere end 100 kg. Valget af beholdere og kuglemøller har vist sig at fungere perfekt under in<strong>dk</strong>øring og opskalering, og det har ikke været nødvendigt at foretage ændringer i denne del af processen. Der er således etableret en proces, der tillader produktion af slurry i op til 25 l beholdere. Tape-caster til fremstilling af anodesupporttapes Der er ikke noget stort marked for tape-castere, og der findes derfor ikke mange leverandører. På verdensplan lykkedes det at identificere syv leverandører, hvoraf kun to viste sig i stand til at levere udstyr med de ønskede specifikationer. De batch-tape-castere, der hidtil havde været anvendt på Risø, er bygget internt, og med de erfaringer i bagagen blev de to potentielle leverandører besøgt i hhv. Canada og USA. Efter en EU-udbudsrunde faldt valget på en 18 m lang maskine som vist på figur 7. Den maksimale støbebredde er 25 cm. Tape-casteren er udstyret med et endeløst stålbånd, der kan anvendes som støbeunderlag, og som efterfølgende fungerer som support for den støbte tape gennem tørrezonen til aftagesektionen. Tørreprocessen er baseret på et kontinuert-flowprincip, hvor der sendes en ubrudt luftstrøm mod støberetningen fra afgangssektionen mod støbesektionen. For at øge tørrehastigheden er der mulighed for at opvarme denne luft ved indtaget. Tørresektionen er inddelt i fem zoner a 3 meter, og hver zone har individuel regulering af undervarmen. Maskinen er computerstyret, hvilket ud over overskuelig og automatisk kontrol af procesparametrene også giver mulighed for 9
Page 1 and 2: Forskningscenter Risø Afd. For Mat
Page 3 and 4: Introduktion Det overordnede formå
Page 5 and 6: Cell Voltage [mV] 900 800 700 PSC02
Page 7: Figur 5. Før- og efterbilleder, de
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

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?