SOFC test rig development and evaluation of electrode materials

Sioutis, Ioakeim; Σιούτης, Ιωακείμ

dc.contributor.author	Sioutis, Ioakeim	en
dc.contributor.author	Σιούτης, Ιωακείμ	el
dc.date.accessioned	2022-11-16T08:55:20Z
dc.date.available	2022-11-16T08:55:20Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56142
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23840
dc.rights	Default License
dc.subject	Υδρογόνο	el
dc.subject	Κελιά Καυσίμου	el
dc.subject	Κελια Καυσίμου Στερεού Ηλεκτρολύτη	el
dc.subject	Πειραματική Διάταξη Κελιών Καυσίμου	el
dc.subject	Κελιά Καυσίμου Υψηλής Θερμοκρασίας	el
dc.subject	Fuel cells	en
dc.subject	SOFC	en
dc.subject	Solid Oxide Fuel Cells	en
dc.subject	SOFC Test rig	en
dc.subject	Hydrogen	en
dc.title	SOFC test rig development and evaluation of electrode materials	en
dc.title	Ανάπτυξη πειραματικής διάταξης για κελιά καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη και αξιολόγηση υλικών ηλεκτροδίων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanical Engineering	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-28
heal.abstract	Η ανάπτυξη κελιών καυσίμου είναι ένα επιστημονικό πεδίο που κερδίζει όλο και περισσότερο έδαφος. Η χρήση υδρογόνου τόσο για την παραγωγή όσο και την αποθήκευση ενέργειας φαίνεται να είναι η λύση στην μελλοντική βιώσιμη πράσινη οικονομία. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη κελιών καυσίμου, καθένα από τα οποία λειτουργεί με διαφορετικό τρόπο και παρουσιάζει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Παρ’ όλα αυτά δύο είδη εξ’ αυτών φαίνεται να παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω της καλής τους απόδοσης, τα κελιά καυσίμου πολυμερικής μεμβράνης τα οποία δουλεύουν σε χαμηλές θερμοκρασίες (περίπου 60 oC και τα κελιά στερεού ηλεκτρολύτη, τα οποία δουλεύουν σε υψηλές θερμοκρασίες (στο εύρος των 650 oC -1000 oC). Τα κελιά στερεού ηλεκτρολύτη κατέχουν προς το παρόν τον μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης και είναι ιδανικά για χρήσεις συμπαραγωγής ενέργειας. Όπως βέβαια είναι φυσικό η λειτουργία σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες επιφέρει πολλές δυσκολίες στην πειραματική διαδικασία αξιολόγησης των κελιών καυσίμου. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής κατασκευάζουμε μια πειραματική διάταξη για την διεξαγωγή ερευνών στον τομέα των κελιών στερεού ηλεκτρολύτη καθώς και ένα λογισμικό το οποίο θα μπορεί να ελέγχει όλες τις μεταβλητές του πειράματος, να παρουσιάζει ευκρινώς και αποτελεσματικά όλες τις πληροφορίες, τα μετρούμενα αποτελέσματα του πειράματος αλλά και να αποθηκεύει με συστηματικό τρόπο όλα τα αποτελέσματα των πειραμάτων. Η πειραματική διάταξη αποτελείται από μια συσκευή συγκράτησης του κελιού, έναν φούρνο ο οποίος ελεγχεται από έναν αναλογικό ολοκληρωτικό διαφορικό (PID) ελεγκτή, από ένα προγραμματιζόμενο ηλεκτρονικό φορτίο το οποίο θα αντλεί φορτίο από το κελί και έναν ποτενσιοστάτη ο οποίος χρησιμοποιείται για ειδικά πειράματα χαρακτηρισμού του κελιού καυσίμου, και από τις βαλβίδες ελέγχου παροχής των καυσίμων που παρέχονται στο κελί. Μετά την ολοκλήρωση του λογισμικού και την κατασκευή της πειραματικής διάταξης έγιναν δοκιμές με κελιά στερεού ηλεκτρολύτη προκειμένου να επιβεβαιωθεί ότι η διάταξη και το λογισμικό δουλεύουν απρόσκοπτα. Τα κελιά που κατασκευάστηκαν δεν έιχαν στόχο τη δημιουργία κάποιου κελιού με πρωτοποριακά υλικά και πολύ υψηλή απόδοση. Αντίθετα κατασκευάστηκαν από έτοιμα υλικά ηλεκτροδίων και έτοιμα δισκία ηλεκτρολύτη προκείμένου να αποκτηθεί μια γενική εικόνα γύρω από την λειτουργία, την κατασκευή και την πειραματική διαδικασία κελιών στερεού ηλεκτρολύτη. Η πειραματική διάταξη και το αντίστοιχο λογισμικό αποτελούν την βάση για μελλοντική έρευνα τόσο στον τομέα των υλικών που χρησιμοποιούνται σαν ηλεκτρόδια και σαν ηλεκτρολύτες στα κελιά, όσο και στον τομέα των διαφορετικών καυσίμων που μπορεί να χρησιμοποιηθούν με τα κελιά στερεού ηλεκτρολύτη όπως η αμμωνία (NH3) και διάφοροι υδρογονάνθρακες.	el
heal.abstract	Fuel cell technologies are a research field that gains more and more popularity as hydrogen seems to be a sustainable green source of energy for the near future. Among several types of fuel cells, Polymer Electrolyte and Solid Oxide fuel cells are considered the ones with the most potential for high performance. Solid oxide fuel cells currently present the best efficiency and performance results. However, the solid oxide fuel cells require a challenging testing procedure, as they operate in high temperatures (650 oC -1000oC). In this research, the main goal is to set a testing rig for solid oxide fuel cells as well as a user friendly software that controls and stores the results of the testing rig. The testing rig consists of a fuel cell fixture that can stand the high temperatures of testing, a furnace system that is controlled by a PID controller, a DC load that is used to draw current from the fuel cell, a potentiostat that performs characterization techniques measurements and flow valves that control the fuel feed in the anode and the cathode side of the fuel cell. Moreover, the software, which was developed in the LabVIEW program controls all the instruments above, had a graphic environment that presents all the useful information and measurements of the running SOFC experiment, and stores all the measurements automatically with a titling system that helps to the best organization of the results. Furthermore, different electrodes materials are tested in order to evaluate the functionality of both the testing rig and the software, as well as to get a holistic view of the fuel cell working principles. The testing rig will be the foundation for further future testing that will aim not only at the research and development of electrodes and electrolyte materials but also at the utilization of alternative fuels such as ammonia (NH3) or hydrocarbons.	en
heal.advisorName	Karellas, Sotirios	el
heal.committeeMemberName	Argirusis, Christos	en
heal.committeeMemberName	Karellas, Sotirios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	135 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false