Des constructions en céramique imprimées en 3D amélioreront les piles à flamable pour mieux utiliser le gaz naturel

Les chercheurs de Skoltech ont utilisé une methodology d’affect 3D peu coûteuse pour démontrer l. a. fabrication d’une pièce en céramique de forme très complexe pouvant être utilisée dans les piles à flamable, une technologie prometteuse pour une manufacturing d’énergie électrique efficace et respectueuse de l’environnement.

L. a. construction céramique complexe, qui ne peut pas être obtenue par les tactics de fabrication traditionnelles, permettrait aux piles à flamable de produire plus d’énergie, de sorte qu’un plus grand nombre de assets d’énergie gaspillées pourraient être éliminées plus rapidement. L’étude a été rapportée dans l. a. revue Céramique Internationale.

Une choice à l. a. combustion du gaz naturel ou d’autres combustibles fossiles dans les centrales électriques ou dans les moteurs à combustion consiste à utiliser des piles à flamable à oxyde solide. Les SOFC peuvent produire de l’électricité pour des installations industrielles ou des habitations, y compris des websites éloignés hors réseau, ainsi que pour des bateaux, des voitures et même des satellites. Les principaux avantages sont l’efficacité et l. a. flexibilité, ainsi que l. a. durabilité, tandis que les températures de fonctionnement élevées et le besoin de nouveaux matériaux avancés sont des facteurs qui entravent leur adoption généralisée.

Les HCFC produisent de l’électricité en consommant du méthane ou d’autres hydrocarbures sur position là où l’énergie est nécessaire. Ils constituent donc une bonne resolution pour l’alimentation de secours et d’autres systèmes sensibles aux pannes. L. a. conversion flamable en énergie des CFC n’implique pas de combustion, ce qui porte leur rendement électrique à environ 60 %, contre environ 45 % dans les centrales électriques au gaz à cycle easy. Dans les deux cas, une partie de l. a. chaleur perdue peut être récupérée, améliorant ainsi l’efficacité, mais le résultat est que pour chaque mètre dice de gaz naturel consommé, l. a. pile à flamable produira de plus grandes quantités d’électricité qu’une centrale électrique.

Quant aux avantages environnementaux, l’oxydation des gaz sans combustion dans l. a. pile à flamable n’émet pas de polluants tels que des oxydes d’azote, du dioxyde de soufre ou des particules d’aérosol nocives avec les gaz d’échappement. Les émissions de carbone sont également généralement inférieures de 40 à 50 % pour une pile à flamable à oxyde solide alimentée au gaz naturel par rapport au réseau électrique nationwide, comme le rapportent les fabricants de piles à flamable solide en Allemagne et aux États-Unis.

Les principaux composants d’une SOFC sont l. a. cathode, l’anode et une couche de matériau céramique électrolytique entre elles, dont l. a. principale caractéristique est l. a. conductivité ionique. Il détermine dans quelle mesure l’électrolyte conduit les ions oxygène, facilitant ainsi l. a. réaction chimique qui produit de l’énergie utile. Plus ce paramètre est élevé, plus l. a. SOFC fournit de l. a. puissance. L. a. conductivité ionique dépend du matériau électrolytique utilisé, de l. a. façon dont le matériau est composé et de l. a. température à laquelle fonctionne l. a. pile à flamable.

Les chercheurs de Skoltech ont abordé l’facet structurel, en plaçant deux matériaux céramiques électrolytiques courants dans une forme complexe appelée construction en treillis hiérarchique. L. a. construction complexe maximise l. a. conductivité ionique, mais ne peut être obtenue sans une technologie d’affect 3D avancée. Les matériaux utilisés par l’équipe sont connus sous le nom de zircone stabilisée au scandia et de zircone stabilisée à l’yttria. Le premier convient aux SOFC fonctionnant à 1000°C, le 2nd à environ 750°C. Les deux ont été introduits dans une imprimante 3D, qui repose sur l. a. technologie de microlithographie, et dans un projecteur de movie, entre autres.

L’équipe a mis au level un système de démonstration à faible coût pour l’affect 3D de haute précision. Lors de l. a. fabrication de l. a. pièce en céramique, celle-ci doit être exposée à l. a. lumière UV pour durcir (durcir) l. a. liaison polymère qui maintient le matériau ensemble, ce qui donne lieu à un produit semi-fini, techniquement connu sous le nom de pièce verte 3D. L. a. lumière doit être délivrée avec une grande précision si une construction complexe est requise. Pour y parvenir dans leur imprimante de démonstration, les chercheurs ont utilisé un projecteur de bureau basé sur une technologie de traitement numérique de l. a. lumière, un appareil souvent utilisé pour les présentations de bureau, and many others.

Après l’affect 3D, le liant polymère durci aux UV de l. a. pièce semi-finie est cuit dans un 4. Dans l. a. dernière étape, l’échantillon de céramique poreuse est fritté pour éliminer l. a. porosité résiduelle et donner à l. a. céramique sa résistance. L’auteur predominant de l’étude, Igor Pchelintsev, diplômé de Skoltech MSc, a proposé une resolution innovante combinant les deux étapes – cuisson et frittage – en un seul processus. L’équipe de recherche a développé, décrit et mis en œuvre des procédures d’affect 3D, notamment l’optimisation de l. a. composition de l. a. pâte d’affect, le post-traitement des éléments fabriqués et le take a look at de leurs propriétés électriques.

“Nous avons montré que l’affect 3D, et en particulier les installations de microlithographie peu coûteuses, peuvent réellement produire des constructions complexes à partir d’un seul matériau expérimental et d’un seul matériau industrial utilisé dans les nouvelles piles à flamable à oxyde solide”, a résumé Pchelintsev. « Il s’agit d’une étape vers l’amélioration de l’efficacité des piles à flamable au level où elles peuvent concurrencer et éliminer progressivement les assets d’énergie gross sales. »

Maintenant que les propriétés des matériaux ont été optimisées en laboratoire, l. a. prochaine étape consistera à créer des prototypes uniques de véritables piles à flamable à oxyde solide intégrant des constructions de réseau imprimées en 3D.