Streszczenie projektu

Celem naukowym projektu było opracowanie nowej konstrukcji planarnych tlenkowych ogniw paliwowych zawierających warstwy funkcjonalne wykonane tanimi, niskotemperaturowymi metodami nanoszenia chemicznego. Umożliwi to obniżenie temperatury pracy ogniw paliwowych z poziomu 800°C do 600°C przy zachowaniu takiej samej gęstości mocy. W niskich temperaturach reakcje elektrodowe (na anodzie oraz katodzie) zachodzą zbyt wolno, przyczyniając się w głównej mierze do zwiększonych nadpotencjałów elektrodowych ograniczających wydajność ogniwa. Dlatego w ramach projektu zaproponowano zastosowanie warstw kontaktowych, warstw blokujących dyfuzję oraz warstw funkcjonalnych, które znacząco obniżą rezystancje ohmowe ogniwa oraz polaryzacyjne elektrod. Do wytworzenia tych warstw zostały zastosowane niskotemperaturowe i tanie metody nanoszenia, tj. piroliza aerozolowa oraz spin coating, które wykorzystują metaloorganiczne prekursory polimerowe o podobnych właściwościach fizykochemicznych. Badania pozwoliły na określenie parametrów technologicznych tych metod umożliwiając nanoszenie warstw charakteryzujących się odpowiednimi właściwościami, takimi jak dobra adhezja w niskiej temperaturze, gęstość i grubość. Przy wykorzystaniu niskotemperaturowych metod przygotowania warstw ceramicznych wytworzone zostały nanokrystaliczne materiały o wysokiej aktywności elektrochemicznej. Metoda pirolizy aerozolowej pozwoliła uzyskać cienkie i gęste warstwy elektroceramiczne. Zastosowane zaawansowanych metod charakteryzacji elektrycznej ogniw oraz symetrycznych elektrod z użyciem spektroskopii impedancyjnej pozwoliło na rozróżnienie poszczególnych procesów elektrodowych i określenie wpływu nowych warstw na ich działanie. Do analizy widm impedancyjnych zastosowano metody ADIS (analysis of differences in impedance spectra) oraz DRT (distribution of relaxation times). Pierwsza z tych metod była szczególnie przydatna do analizy efektów starzenia i stabilności badanych ogniw paliwowych, gdyż uwypuklała zakresy częstotliwości w jakich dochodziło do zmian widma. Pozwalało to na określenie zjawiska odpowiedzialnego za zachodzące zmiany. Do analizy widm impedancyjnych procesów o zbliżonych częstotliwościach charakterystycznych szczególnie przydatna okazała się metoda DRT.
Projekt przyczynił się do wskazania, że alternatywne konwertery energii elektrycznej mogą być budowane bardziej efektywnie i istnieją możliwości technologiczne obniżenia kosztów ich produkcji. Ma to niebagatelne znaczenie w ochronie środowiska i zasobów naturalnych. Z naukowego punktu widzenia została wyjaśniona rola warstwy kontaktowej oraz lepiej zrozumiane zjawiska występujące dla cienkich warstw buforujących dyfuzję atomów.