Nuovi test dimostrano che cosa provoca la degradazione delle celle a combustibile

Un'unità di SOFC per la produzione di energia deve avere una durata di vita di almeno dieci anni, corrispondente a 40 000/100 000 ore di funzionamento. Determinando il comportamento a lungo termine delle celle a combustibile, la continua e progressiva perdita delle prestazioni deve essere ridotta per mantenere livelli di potenza entro i limiti accettabili durante il funzionamento delle celle SOFC.

Nell'ambito del progetto SOFC-LIFE (Solid oxide fuel cells – Integrating degradation effects into lifetime prediction models), gli scienziati hanno identificato un possibile importante responsabile della degradazione relativa alle celle SOFC. Il lavoro sperimentale ha dimostrato che l'area di contatto dell'interfaccia tra il catodo della cella e l'interconnessione metallica è un fattore chiave che determina la densità di potenza in uscita delle celle SOFC.

Per arrivare a tale conclusione, il team ha analizzato la cella SOFC pezzo per pezzo mediante elementi isolati e interfacce esposte a condizioni tipiche di funzionamento del sistema SOFC. Hanno valutato i componenti a intervalli di tempo regolari per ottenere un approccio basato sugli intervalli di tempo in quanto a fenomeni sul lato anodico e catodico.

Gli scienziati si sono quindi concentrati su quattro principali meccanismi che possono aumentare la resistenza elettrica di una pila SOFC. Questi sono cambiamenti morfologici nella microstruttura dell'anodo dovuti a tempo, corrosione dell' acciaio inox nichelato di vari elementi strutturali in metallo, stabilità degli elettrocatalizzatori relativi al catodo e processi all'interfaccia tra il catodo e l'interconnessione metallica.

Soltanto l'ultimo dei cambiamenti morfologici elencati sembra non avere un impatto trascurabile sulla potenza in uscita delle celle SOFC. In particolare, gli scienziati hanno riferito che la resistenza di contatto tra catodo e interconnessione aumenta considerevolmente nel tempo.

Oltre alle prove sperimentali, gli scienziati hanno sviluppato modelli di alto livello in grado di predire i singoli fenomeni di degradazione e i loro effetti combinati sulle celle SOFC e sulle singole unità strutturali per una maggiore durata.

La ricerca finora non è riuscita nel collegamento dei fenomeni di degradazione negli elementi isolati e alle interfacce con unità di dimensioni maggiori come le celle SOFC o singole unità strutturali. Tuttavia, il team di ricerca SOFC-LIFE ha contribuito in modo significativo a questo processo attraverso i suoi straordinari lavori sperimentali e teorici.