Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Novel molten carbonate/ceramic composite materials for sustainable energy technologies with CO2 capture and utilization

Tildelt: kr 7,0 mill.

Brenselcelle basert på smeltet karbonatelektrolytt (MCFC) fungerer ved temperaturer over 550 ° C med fordeler som høy toleranse for drivstoff, høy effektivitet og lave fabrikasjonskostnader sammenlignet med andre brenselcelletyper. MOCO3 prosjektarbeid for å forbedre katodeytelsen til MCFC av nye materialer og arkitekturer. Når smeltede karbonater infiltreres i et oksidion eller en elektronisk ledende fast matrise, kan kompositten fungere som CO2-separasjonsmembran ved mellomtemperaturer. I MOCO3-prosjektet er et mål å forbedre ytelsen for en slik type membran ved å forbedre den faste matrisen. Nye keramiske støttematerialer ble screenet med hensyn til fuktighet og kjemisk stabilitet overfor smeltede karbonater. De beste kandidatene ble brukt i asymmetrisk CO2 separasjonsmembran og oksygenelektrode for MCFC. Toppmoderne CO2-strømning er bekreftet ved å måle 5 prøver med lignende ytelse. Imidlertid, sammenlignet med symmetrisk membranarkitektur, viser den asymmetriske membranen betydelig redusert stabilitet på grunn av redusert membrantykkelse og lekkasje forårsaket av gradvis fukting av bæreren av smeltede karbonater. Egenskapene til selve smeltet karbonat med forskjellige ionetilsetninger ble studert og forbedring av transportegenskapene ble observert. Komposittkatode utviklet i prosjektet har forbedret brenselcellens maksimale effekttetthet mer enn 50% sammenlignet med referanse NiO-elektroden ved en temperatur på 550 ° C som er vanlig. Nye arkitekturer for katode ved bruk av NiO ble også studert, noe som resulterte i 10% forbedring av maksimal cellekraft. Numerisk modellering av elektrodearkitekturens innflytelse på celleytelsen ble etablert. Validering av modellen ble gjort ved å tilpasse seg eksperimentelle resultater. Den utviklede modellen tillater å forutsi hele celleytelsen med varierende mikrostruktur av elektroden. Elektrodekinetikkstudier på en oksidion-ledende matrisestøttet elektrolytt ble utført. Det begrensende trinnet for reaksjonen ble identifisert som gir oss en grunnleggende forståelse av elektrodereaksjonene. Prosjektresultatet har stor innvirkning på MCFC-teknologien. De lovende resultatene oppnådd i MOCO3 for MCFC kan øke kraftuttaket til de nåværende kommersielle MCFC-systemene betydelig eller redusere fotavtrykket til systemet for samme effekt. Elektrodens stabilitet må testes i årevis under de virkelige driftsforholdene før den implementeres i det kommersielle systemet. Derfor er det behov for nye studier av stabiliteten til de nyutviklede elektrodematerialene.

MOCO3 has 5 partners from 3 countries providing the competence in different areas that are crucial for the project. Close collaboration between the partners results in high performance materials and new concept been developed and validated, respectively. The new electrode materials improve the molten carbonate fuel cell (MCFC) performance and can potentially be used in commercial cells. Asymmetric CO2 separation membrane was produced in the project showing state-of-the-art flux. Some of these results have been published as articles in peer reviewed journals and presentations in international conferences.

The MOCO3 project addresses the Topic 4: Functional Materials. It focuses on the development of novel composite materials consisting of molten carbonates infiltrated in a solid matrix as functional materials in intermediate temperature fuel cells and CO2 selective membranes. These processes enable CO2 separation and/or utilization with possibility for additional power production in CO2 emitter plants of various scales. MOCO3 addresses performance and lifetime of these systems by focusing on materials engineering at all length scales (atomistic, micro- and macroscopic) guided by a synergetic combination of experimental research and advanced numerical simulations for driving materials design. The pioneering work in MOCO3 will establish fundamental understanding of molten salts interaction with solid and gas phases to determine principles governing liquid-solid-gas interactions and distribution of molten carbonates as a function of materials composition, fabrication and operation parameters. Identification and parameterization of mechanisms underpinning materials stability will be sought for reducing melt evaporation and reactivity between materials. The project focusses on developing novel composite materials with optimised transport properties by tailoring the conductivity of charged species (carbonates ions, electrons, oxide ions and hydroxide ions) in each phase and at their interfaces. To this end, solid matrices with functionalized surfaces and interfaces will be produced using green manufacturing routes. The latter will offer possibility for generating coarse or fine porous ceramics with defined pore shape, size, volume and tortuosity. Furthermore, the project will address the fundamentals of surface and electrode kinetics of the composite materials. This work will be supported by high resolution characterisation methods including high temperature diffraction, spectroscopy and microscopy, 3D nano- and micro-tomography.

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale