Studio sperimentale di un elettrodo LSF elettrospinnato per applicazioni IT-SOFC.

Abstract

Le celle a combustibile solido operanti a temperatura media (IT-SOFC) sono in fase di sviluppo per operare nel range di temperatura 600-800 °C. La riduzione della temperatura operativa mitiga la degradazione, riduce i problemi di sigillatura, permette l'uso di materiali meno costosi e migliora la risposta allo start-up. Un effetto negativo della diminuzione della temperatura operativa è la diminuzione della performance della cella a combustibile, dato che la cinetica delle reazioni elettrochimiche diminuisce esponenzialmente al diminuire della temperatura. Inoltre, i materiali degli elettrodi e dell'elettrolita diventano meno conduttivi. Per questa ragione, sono attualmente in fase di sviluppo elettroliti e elettrodi ad alte prestazioni, spesso basati su conduttori elettronici ionici misti (MIEC). Inoltre, a causa della loro abilità di trasportare contemporaneamente elettroni e ioni ossigeno, si prevede che l'applicazione di MIEC come elettrodi per le IT-SOFC permetta di far avanzare la reazione elettrochimica ben all'interno dello spessore dell'elettrodo. Allo stato dell'arte, un materiale utilizzato come catodo nelle IT-SOFC è il La1-xSrxFeO3-δ (LSF) per le sue proprietà di buona reattività chimica e di dilatazione termica. La composizione La0.6Sr0.4FeO3-δ (LSF64) è molto stabile in un ampio intervallo di temperature e di pressioni parziali dell'ossigeno. E' stato studiato un modello matematico sviluppato in MATLAB per elettrodi MIEC LSCF. L'obiettivo di questo lavoro è l'ottimizzazione e applicazione di questo modello a catodi LSF per IT-SOFC. E' previsto che la raccolta dei parametri di input per il modello sia fatta presso il DTU su tre diversi catodi LSF64 con diversi parametri di elettrospinning. Tutte le nanofibre sono state elettrospinnate con un collettore piatto.

Intermediate temperature-solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) are under development for operation in the temperature range 600-800°C. Reduction in working temperature is expected to mitigate degradation, reduce sealing problems, enable the use of inexpensive materials and improve response to rapid start-up. A negative effect of lowering the operating temperature is the lowering of fuel cell performance, since the kinetics of the electrochemical reactions decrease exponentially as temperature decreases. Furthermore, the electrodes and electrolyte materials become less conductive. For this reason, high performance electrolytes and electrodes are currently under development, often based on mixed ionic electronic conductors (MIECs.) Furthermore, due to their ability to carry simultaneously both electrons and oxygen ions, application of MIECs as IT-SOFC electrodes is expected to extend the electrochemical reaction well inside the electrode thickness. La1-xSrxFeO3-δ (LSF) is a state of art as cathode in IT-SOFCs because of its good chemical reactivity and favourable thermal expansion properties. The composition La0.6Sr0.4FeO3-δ (LSF64) is highly stable over a wide temperature and oxygen partial pressure range. An already developed mathematical model in MATLAB for an infiltrated MIEC electrode LSCF has been studied. The aim of this work is the tuning and application to LSF cathodes for IT-SOFCs. The collection of the input parameters data for the model is scheduled to be performed at DTU on three different LSF64 cathodes with different electrospinning parameters. All the nanofibers are electrospun with a flat collector.