Caratterizzazione dell’essoluzione di particelle di Nichel in anodi di Ni/BZCY di celle a combustibile ad ossidi solidi a conduzione protonica

Abstract

A causa dei profondi cambiamenti nello scenario energetico, si sono rese necessarie nuove modalità per produrre energia ed elettricità; in questo contesto, le celle a combustibile rappresentano una tecnologia promettente per generare flessibilmente elettricità con basse emissioni utilizzando combustibili green. Negli ultimi anni, un nuovo tipo di celle a combustibile a ossidi solidi con elettrolita a conduzione protonica ha suscitato particolare interesse nel mondo scientifico grazie alla loro bassa temperatura di funzionamento e alla produzione di acqua al catodo. Questa tesi si concentra sulla produzione di una nuova polvere anodica: BZCNY0.2 (Ba₁Zr₀.₁Ce₀.₅₅Ni₀.₂Y₀.₁₅O₃–∂) e sul processo dell’essoluzione, che permette la migrazione delle particelle metalliche dal bulk del reticolo cristallino verso la superficie in atmosfera riducente. Questo nuovo processo è un candidato promettente per incrementare le prestazioni della cella, grazie al legame più forte tra il catalizzatore (Nichel) e l’anodo (BZCY). Questo lavoro seguirà gli esperimenti volti a trovare la massima quantità di Nichel inseribile nella polvere anodica (BZCNY0.2), il processo di exsolution sul pellet prodotto e due test di caratterizzazione per valutare le prestazioni della nuova polvere. I risultati mostrano che, sebbene l’obiettivo di drogare la polvere anodica con il Nichel e ottenere la sua essoluzione, sia stato raggiunto con successo, saranno necessari ulteriori studi per individuare le condizioni operative ottimali per l’intero processo di produzione ed essoluzione.

Because of major changes in the energy scenario, new ways to produce energy and electricity are needed; in this context, fuel cells are a promising technology to generate electricity with low emissions using green fuels. In the last few years, a new kind of solid oxide fuel cells with a proton conducting electrolyte, have received particular interest from the scientific world for their low operating temperature and the water production at the cathode. This thesis focuses on the production of a new anode powder: BZCNY0.2 (Ba1Zr0.1Ce0.55Ni0.2Y0.15O3-∂) and the exsolution process, which allow the migration of the metallic particles from the bulk of the crystal lattice to the surface in a reductive atmosphere. This new process is a promising candidate to increase the cell’ performances because of the stronger bond between the catalyst (Nickel) and the anode (BZCY). This work will follow the experiments to find the highest composition of Nickel inside the anode powder (BZCNY0.2), the exsolution process on the produced pellet and two characterization tests to evaluate the performance of the new powder. Results show that while the goal of doping the anode powder with Ni and its exsolution were successful, further studies will be needed to find optimum operating conditions for the whole production and exsolution process.