Badanie wpływu mikrostruktury na proces reaktywnego przepływu w porowatych komponentach ogniw wysokotemperaturowych

Numer: 2017/27/N/ST8/02772
Program/Konkurs: PRELUDIUM
Jednostka finansująca: NCN
Kierownik projektu: mgr inż. Samih Haj Ibrahim
Funkcja: lider
Czas realizacji: 2018-2021

Opis
Celem projektu jest określenie wpływu mikrostruktury na proces przepływu reaktywnego w porowatych elektrodach stosowanych w wysokotemperaturowych ogniwach paliwowych. W ostatnim czasie wykazano,  że  zaprojektowanie  struktury  porowatej  katody  (porowatość,  przestrzenny  rozkład  wielkości porów) bez ingerencji w skład chemiczny, pozwala uzyskać nawet dwukrotnie wyższą sprawność ogniwa węglanowego (MCFC). Jednym z możliwych wyjaśnień są wzajemnie przenikające się ścieżki transportu jonów i gazowych reagentów. Stąd też zbadanie procesu reaktywnego przepływu jest niezwykle istotne, aby w pełni wyjaśnić zjawiska występujące w trakcie pracy ogniw wysokotemperaturowych, a także wpływu mikrostruktury na te zjawiska.

Badania niezbędne do realizacji tak zdefiniowanego celu będą obejmować jednoczesne wykorzystanie metod wytwarzania,  charakteryzacji  oraz  zaawansowanego  modelowania.  W  trakcie  realizacji  projektu  elektrody ogniw MCFC wytwarzane będą metodą odlewania z gęstwy (ang. Tape Casting) i późniejszego procesu wyżarzania. Charakteryzacja wytworzonych materiałów zostanie przeprowadzona przy użyciu mikroskopii elektronowej oraz mikrotomografii komputerowej. Wykonana zostanie ilościowa analiza obrazu otrzymanych struktur  3D  z  danych  tomograficznych,  a  otrzymane  wyniki  posłużą  jako  wytyczne do  opracowania reprezentatywnych modeli mikrostruktury materiału. Następnie modele zarówno wytworzonych materiałów, jak i zupełnie nowych wariantów strukturalnych (pod względem np. porowatości, średniej wielkości porów, krętości kanałów porowych) posłużą do symulacji reaktywnych przepływów metodą objętości skończonych. Wyniki symulacji numerycznych weryfikowane będą poprzez testy porównawcze wydajności ogniwa MCFC.