Keramické měniče energie

Vysokoteplotní palivové články s pevným elektrolytem (SOFC – solid oxide electrolyser cell) a vysokoteplotní elektrolyzéry (SOEC – solid oxide electrolyser cell) mají na Fraunhofer IKTS dlouhou tradici. Už od devadesátých let dvacátého století provádí pracovní skupina »Keramické měniče elektrické energie« výzkumy v oblasti SOFC (solid oxide fuel cells) a vypracovala rozsáhlé základy pro určování technických parametrů a výrobu planárních palivových článků do stacků.  Portfolio kompetencí zahrnuje vývoj skelných pájek, keramických fólií a také stavbu a úpravu interkonektorů přes vývoj článku (cell) a jeho nakontaktování na straně, kde dochází ke styku s plynem a vzduchem, až po techniku spojování, simulaci a inicializaci stacků.

 

Vývoj palivového článku s pevným elektrolytem#

 

Stacky vysokoteplotních palivových článků jsou jádrem SOFC systémů. Jejich výkonnost a spolehlivost a reprodukovatelná výroba s mírnými náklady jsou předpokladem pro široké využití palivových sytémů na trhu.

Odborníci na Fraunhofer IKTS podporují uživatele technologií při vývoji designu stacku tak, aby požadovaný design odpovídal přesně požadavkům zákazníka. To zahrnuje jak stavbu prototypů, tak testování performance systému pomocí standardizovaných a přizpůsobených charakterizačních metod. Fraunhofer IKTS tak vyvíjí s partnery například stacky pro decentrální zásobování energie pro kombinovanou mikrovýrobu elektřiny a tepla (mikrokogenerace) až po systémy s výkonností přes 20 Kilowatt. Dále pro své zákazníky institut koncipuje automatizované výrobní procesy pro nízkonákladovou výrobu palivových článků.

© Fraunhofer IKTS
30ti vrstvý MK352 stack z CFY interkonektorů. Jádro systémů palivových článků, elektrolyzérů a systémů se střídavým provozem přeměny energie.
© Fraunhofer IKTS
Stavba CFY stacku.
© Fraunhofer IKTS
Různé oblasti využití MK35x stacků z CFY. Využití jako palivový článek (SOFC), jako elektroktrolyzér (SOEC) a ve střídavém provozu (rSOC).

Vysokoteplotní elektrolýza s pevným elektrolytem#

 

Zkušenosti a trendy získané z výzkumu palivových článků aplikovali naši vědci v prvních letech nového tisíciletí v oblasti vysokoteplotní elektrolýzy s pevným elektrolytem (SOEC – solid oxide electrolyser cell), která představuje obrácený provoz palivového článku s pevným elektrolytem (SOFC – solid oxide fuel cell). Při elektrolýze vzniká redukcí a za připojení elektrického napětí vodní pára, oxid uhličitý nebo směs obou plynů (ko-elektrolýza). Z nadbytečné elektrické energie vzniká palivový plyn, který může být uložen a znovu přeměněn na elektrickou energii.

Palivový plyn je ale možné použít také jako syntézní plyn ve Fischer-Tropschově syntéze k ekologické výrobě chemických produktů. Na zdokonalování tohoto procesu se v současné době zaměřuje několik výzkumných projektů na Fraunhofer IKTS. (Link Procesní inženýrství a leták Snižování emisí CO2 v průmyslu pomocí keramických technologií).

 #

rSOC: Zdroj a úložiště energie v jednom systému#

 

Nejnovější vývoj se zaměřuje na integraci zdroje a úložiště energie do jednoho systému. Za tímto účelem vyvinula pracovní skupina »Keramické měniče energie« takzvané rSOC články (reversible solid oxide cells). Tyto reverzní vysokoteplotní články s pevnými oxidy v sobě spojují výhody palivového článku a elektrolyzéru. Tím vzniká efektivní systém se střídavým provozem přeměny energie, který vyrábí elektrický proud, přebytečný proud ukládá a v případě nutnosti jej znovu odvádí – nebo dokonce v dalším procesu zužitkování přebytečné energie produkuje chemické látky.

 #

Qualitätssicherung von SOFC, SOEC und rSOC#

 

Jak u rSOC článků, tak u palivových článků a elektrolyzérů se aktivity na IKTS soustřeďují na snižování nákladů a míry degradace. To zahrnuje jednotlivé komponenty stejně tak jako celé stacky a komplexní energetické systémy. Fraunhofer IKTS je propojen s partnery po celém světě a nastavuje standardy týkající se dlouhodobých testů, cyklování a výzkumu zrychleného stárnutí při testování komponentů, stacků a jejich modulů.

© Fraunhofer IKTS
Testovací boxy pro SOFC systémy.
© Fraunhofer IKTS
Vysokoteplotní palivové moduly ve stacku (moduly SOFC stacků).
© Fraunhofer IKTS
Sestavený 30ti vrstvý SOFC stack.

Nabídka služeb a možnosti spolupráce v oblasti palivových článků a elektrolytických systémů#

 

  • Testování jednotlivých komponentů stacků pro palivové články a články pro elektrolýzu (SOFC/SOEC/rSOC) za reálných podmínek
  • Testování stacků SOFC/SOEC/rSOC různých rozměrů
  • Vývoj stacků a modulů stacků pro využití v SOFC/SOEC/rSOC až po výrobu prototypů
  • Výzkum procesů degradace stacků SOFC/SOEC/rSOC a objasňování degradačních mechanismů
  • Prodej stacků SOFC/SOECrSOC a modulů palivových článků a elektrolyzérů pro různé aplikace