Ottimizzazione di procedure sperimentali per la determinazione di curve di polarizzazione in celle SOFC

Il presente lavoro di tesi ha riguardato l’ottimizzazione di procedure sperimentali per la misurazione di curve di polarizzazione per celle a combustibili a ossidi solidi (SOFC) alimentate con idrogeno. Sono state affrontate sia la fase di messa a punto dell’impianto di prova, sia la fase di realizzazione sperimentale delle misure. La fase di realizzazione delle misure ha interessato l’utilizzo di due tipologie di differenti di SOFC, una cella commerciale anodo supportata e una cella prodotta in laboratorio, elettrolita supportata. Le prove sperimentali hanno richiesto l’analisi delle modalità di riduzione della cella, delle modalità di tenuta fra compartimento anodico e catodico e delle tecniche di adesione dei collettori di corrente alla superficie degli elettrodi. Per l’analisi delle celle sono state investigate due metodologie sperimentali: la tenuta meccanica attraverso o-ring metallico con adesione dei collettori per pressione; l’applicazione di cemento termico per la tenuta con adesione dei collettori attraverso l’utilizzo di inchiostri conduttivi a base di Ag. È stato inoltre sviluppato un modello monodimensionale isotermo allo scopo di analizzare e descrivere l’importanza dei diversi contributi di sovratensione della cella: attivazione delle reazioni anodiche e catodiche, trasporto ionico resistivo all’interno dell’elettrolita, trasporto diffusivo dei reagenti attraverso gli strati elettrodici. L’applicazione del modello per ha rivelato una forte dipendenza delle curve di polarizzazione sperimentali ottenute sulla cella commerciale dal sovrapotenziale di concentrazione anodica. Tale risultato ha suggerito l’importanza di una corretta metodologia preparativa della cella (volta alla minimizzazione delle barriere diffusive) e la necessità di operare con correnti di combustibile concentrate (al fine di massimizzare la velocità di diffusione nello strato anodico).