Index of /rozprawy2/10854

(1)

4

Spis treści

Str. WSTĘP 9 _________________________________________________________________________ I. PRZEGLĄD LITERATURY 13

1. Ogólna charakterystyka ogniw paliwowych 13

_________________________________________________________________________

1.1. Definicja i historia ogniw paliwowych 13

_________________________________________________________________________

1.2. Podstawowe typy ogniw paliwowych 13

_________________________________________________________________________

1.3. Budowa komórki stałotlenkowego ogniwa paliwowego SOFC 15

_________________________________________________________________________

1.4. Termodynamiczne podstawy działania ogniw paliwowych SOFC 17

_________________________________________________________________________ 1.5. Funkcje i właściwości fizykochemiczne materiałów dla ogniw paliwowych

SOFC 21

_________________________________________________________________________

1.6. Konfiguracje ogniw paliwowych SOFC 25

_________________________________________________________________________

1.7. Zalety i wady ogniw paliwowych SOFC 28

_________________________________________________________________________

2. Interkonektor jako istotny element ogniwa paliwowego SOFC 31

_________________________________________________________________________

2.1. Rola interkonektora w ogniwie paliwowym 31

_________________________________________________________________________

2.2. Kryteria doboru materiałów do konstrukcji interkonektorów 32

_________________________________________________________________________

2.3. Materiały stosowane w konstrukcji interkonektorów 34

_________________________________________________________________________

2.3.1. Żaroodporne austenityczne stale 36

_________________________________________________________________________

2.3.2. Nadstopy na osnowie żelaza i niklu 37

_________________________________________________________________________

2.3.3. Stopy na osnowie chromu 37

_________________________________________________________________________

2.3.4. Żaroodporne stale ferrytyczne 39

_________________________________________________________________________

2.4. Interkonektory metaliczne z powłoką ochronno-przewodzącą 42

_________________________________________________________________________ 2.4.1. Właściwości fizykochemiczne interkonektorów metalicznych

modyfikowanych powierzchniowo związkami o strukturze spineli 44 _________________________________________________________________________

2.4.1.1. Definicja spineli 44

(2)

5

_________________________________________________________________________

2.4.1.2. Struktura spineli 45

_________________________________________________________________________

2.4.1.3. Właściwości fizykochemiczne wybranych spineli 47

_________________________________________________________________________

2.4.1.4. Powłoki ochronno-przewodzące o strukturze spineli 53

_________________________________________________________________________ 2.4.2. Parowanie chromu podczas utleniania metalicznego interkonektora

w warunkach pracy ogniwa paliwowego SOFC 55

_________________________________________________________________________ 2.4.2.1. Zjawisko parowania chromu jako proces fizykochemiczny 56 _________________________________________________________________________ 2.4.2.2. Prężność równowagowa par związków w układzie tlenek metalu/gaz 56 _________________________________________________________________________

2.4.3. Wysokotemperaturowe badania utleniania stali ferrytycznych czystych

i powierzchniowo modyfikowanych 61

_________________________________________________________________________ 2.4.4. Właściwości elektryczne stali ferrytycznych czystych

i powierzchniowo modyfikowanych 66

_________________________________________________________________________

3. Cel i zakres badań 70

II. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA 73

_________________________________________________________________________

4. Metodyka pracy 73

_________________________________________________________________________

5. Przygotowanie materiałów do badań 75

_________________________________________________________________________ 5.1. Przygotowanie stali do badań oraz warunki procesu ich utleniania 75 _________________________________________________________________________

5.2. Otrzymywanie proszków 76

_________________________________________________________________________

5.2.1. Preparatyka proszków metodą „chemii mokrej” 76

_________________________________________________________________________

5.2.1.1. Metoda zol-żel 76

_________________________________________________________________________

5.2.1.2. Metoda współstrącania 78

_________________________________________________________________________

5.2.2. Preparatyka proszku metodą reakcji w fazie stałej 80

_________________________________________________________________________

5.3. Otrzymywanie spieków 80

_________________________________________________________________________

5.4. Otrzymywanie powłok ochronno-przewodzących 81

_________________________________________________________________________

5.4.1. Nakładanie powłoki metodą sitodruku 81

_________________________________________________________________________

5.4.2. Nakładanie powłoki metodą ablacji laserowej 82

_________________________________________________________________________

5.4.3. Nakładanie powłoki metodą elektrochemiczną 84

(3)

6

5.5. Przygotowanie spieku Cr2O3 oraz układów warstwowych stal/powłoka

do pomiarów szybkości parowania chromu 85

_________________________________________________________________________ 5.6. Przygotowanie układu interkonektor/katoda do pomiarów rezystancji

elektrycznej 85

_________________________________________________________________________

6. Aparatura badawcza 87

_________________________________________________________________________ 6.1. Stanowisko do pomiarów kinetyki utleniania metodą grawimetryczną 87 _________________________________________________________________________

6.2. Aparatura do pomiaru rezystancji elektrycznej 88

_________________________________________________________________________

6.2.1. Stałoprądowa metoda dwusondowa 88

_________________________________________________________________________

6.2.2. Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna 90

_________________________________________________________________________

6.3. Aparatura do pomiarów szybkości parowania chromu 92

_________________________________________________________________________

6.4. Metody badań 94

_________________________________________________________________________

6.4.1. Badania termiczne 94

_________________________________________________________________________

6.4.2. Badania struktury krystalicznej 94

_________________________________________________________________________

6.4.3. Badania składu chemicznego 95

_________________________________________________________________________

6.4.4. Badania mikrostrukturalne 96

_________________________________________________________________________

7. Wyniki badań i dyskusja 99

_________________________________________________________________________ 7.1. Wybór gatunków stali ferrytycznych jako potencjalnych materiałów

do wytwarzania metalicznych interkonektorów 99

_________________________________________________________________________

7.1.1. Porównanie szybkości utleniania stali ferrytycznych 99

_________________________________________________________________________

7.1.2. Badania produktów utleniania stali ferrytycznych 100

_________________________________________________________________________ 7.1.3. Prognozowanie powierzchniowej rezystancji elektrycznej zgorzeliny

tlenkowej narastającej na stali ferrytycznej podczas utleniania 105 _________________________________________________________________________

7.1.3.1. Kinetyka utleniania stali ferrytycznych 106

_________________________________________________________________________

7.1.3.2. Przewodnictwo elektryczne układu zgorzelina/stal 110

_________________________________________________________________________ 7.1.3.3. Powierzchniowa rezystancja elektryczna układu zgorzelina/stal 113 _________________________________________________________________________

7.2. Badania fizykochemiczne spineli 115

_________________________________________________________________________

7.2.1. Układ Mn-Co-O 115

(4)

7

7.2.1.1. Charakterystyka fizykochemiczna proszków 115

_________________________________________________________________________

7.2.1.2. Charakterystyka fizykochemiczna spieków 119

_________________________________________________________________________

7.2.2. Układ Cu-Mn-Co-O 135

_________________________________________________________________________

7.2.3. Układ X-Mn-Co-O (gdzie: X=Y,Yb,Sm,Nd,Fe) 146

_________________________________________________________________________

7.3. Modyfikacja powierzchniowa stali ferrytycznych 152

_________________________________________________________________________ 7.3.1. Charakterystyka fizykochemiczna produktów utleniania stali ferrytycznej

z powłoką naniesioną metodą sitodruku 153

_________________________________________________________________________ 7.3.2. Kinetyka utleniania stali ferrytycznych z powłoką naniesioną metodą

sitodruku 161

_________________________________________________________________________ 7.3.3. Rezystancja elektryczna stali ferrytycznych z powłoką naniesioną metodą

sitodruku 162

_________________________________________________________________________ 7.3.4. Charakterystyka fizykochemiczna produktów utleniania stali ferrytycznej

z powłokami naniesionymi metodą ablacji laserowej i elektrochemiczną 164 _________________________________________________________________________

7.3.5. Kinetyka utleniania stali ferrytycznych z powłokami naniesionymi metodą

ablacji laserowej i elektrochemiczną 177

_________________________________________________________________________ 7.4.6. Rezystancja elektryczna stali ferrytycznych z powłokami naniesionymi

metodą ablacji laserowej i elektrochemiczną 178

_________________________________________________________________________ 7.4. Parowanie chromu z powierzchni stali ferrytycznej czystej i modyfikowanej

powierzchniowo 182

_________________________________________________________________________

7.4.1. Wyniki parowania chromu z powierzchni spieku Cr2O3 182

_________________________________________________________________________ 7.4.2. Wyniki parowania chromu z powierzchni stali ferrytycznej z naniesioną

powłoką ochronno-przewodzącą 186

_________________________________________________________________________ 7.5. Testy interkonektora metalicznego ze stali czystej i stali modyfikowanej

powierzchniowo w układzie interkonektor/katoda 190

_________________________________________________________________________ 7.5.1. Mikrostruktura i skład chemiczny układu interkonektor/katoda 190 _________________________________________________________________________

(5)

8 _________________________________________________________________________ 8. Podsumowanie wyników 194 _________________________________________________________________________ Literatura 198 _________________________________________________________________________

Streszczenie w języku angielskim 205