Celle ad Ossidi Solidi per Elettrolisi ad Alta Temperatura
Solid Oxide Cells for High Temperature Electrolysis
Creators: name: Gondolini, Angela <1985>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2013
Subjects: CHIM/04 Chimica industriale

description: Lo scopo di questa tesi è stato la produzione di un elettrolizzatore ad ossidi solidi (SOEC) mediante tecniche economiche e facilmente industrializzabili. Fondamentale a questo scopo è stata la realizzazione di una semicella costituita da un anodo poroso a base di La0.8Sr0.2MnO3-Ce0.8Gd0.2O2-δ (LSM-GDC) ed un elettrolita denso a base di Ce0.8Gd0.2O2-δ (GDC). Le tecniche utilizzate per la produzione di questo sistema sono state il colaggio su nastro e la serigrafia. Anche se generalmente, le celle SOEC vengono prodotte catodo supportate, in questo studio, l’elemento supportante scelto è stato l’anodo poiché questo garantisce una migliore stabilità meccanica all’intera cella. Tale substrato è stato ottenuto mediante colaggio su nastro accoppiato con un metodo innovativo di sinterizzazione denominato sinterizzazione reattiva, processo che prevede la formazione della fase di interesse durante un unico trattamento termico di eliminazione degli additivi organici e consolidamento del manufatto finale. La membrana elettrolitica per l’ottenimento del bilayer anodo-elettrolita, è stata prodotta mediante sia serigrafia che colaggio su nastro. L’accurato studio dell’evoluzione di fase della polvere anodica, l’ottimizzazione della sospensione per colaggio su nastro e dei trattamenti termici hanno permesso l’ottenimento di anodi (fino a dimensioni di 10x10 cm2). Lo studio dei profili di sinterizzazione delle polveri anodica ed elettrolitica e dell’influenza della tecnica di formatura sulla sinterabilità dei layer elettrolitici prodotti hanno inoltre permesso l’ottenimento di una semicella planare costituita da un elettrodo poroso ed una membrana elettrolitica densa adatte per applicazioni SOEC.
description: The aim of this thesis was the production of a solid oxide electrolyzer cell (SOEC) through cheap and easily scalable techniques. For doing so the most important step is the production of the bilayer supporting electrode/electrolyte. Therefore a half-cell constituted by a porous La0.8Sr0.2MnO3-Ce0.8Gd0.2O2-δ (LSM-GDC) anode and a dense Ce0.8Gd0.2O2-δ (GDC) electrolyte was produced. Tape casting and screen printing were the techniques used for the production of this bilayer. Even if, the typical supporting element for an electrolyzer cells is the cathode, in this study an anode-supported cell was produced in order to assure a better mechanical stability. The supporting anode was produced by tape casting using an innovative sintering method called reactive sintering. With this method the final phase was obtained during a single thermal treatment that included also the organic removal and the final consolidation of the substrate. The electrolytic membrane was produced using either screen printing and tape casting. Anode substrates (of dimensions up to 10x10 cm2) were produced though a careful study of the phase evolution of the anodic reagents powder, the optimization of the tape casting slurry and the thermal treatments of debonding and sintering. The careful study of the sintering profiles of the anodic and electrolytic powders and of the effect of the shaping method on the sintering properties of the electrolyte layers allowed the production of flat half-cell constituted of porous electrode and dense electrolyte, suitable for SOEC application.