Studio dell'ossidazione ad alte temperature e quantificazione dell'evaporazione del cromo da interconnettori per Pile a Combustibile ad Ossidi Solidi (SOFCs)
Informazioni sul documento
| Autore | Daniele Paravidino |
| Scuola | Università degli Studi di Genova |
| Specialità | Scienza ed Ingegneria dei Materiali |
| Anno di pubblicazione | 2019/2020 |
| Tipo di documento | tesi |
| Lingua | Italian |
| Numero di pagine | 176 |
| Formato | |
| Dimensione | 12.95 MB |
- Ossidazione ad alte temperature
- Pile a combustibile ad ossidi solidi
- Scienza dei materiali
Riassunto
I. Introduzione
Il documento analizza l'ossidazione ad alte temperature delle leghe metalliche, in particolare degli acciai inossidabili ferritici (FSSs) utilizzati come interconnettori nelle Pile a Combustibile ad Ossidi Solidi (SOFCs). Questi dispositivi operano in condizioni estreme, con temperature che variano tra 700 e 900°C, e sono esposti a un ambiente altamente ossidante. La degradazione dei FSSs è un fenomeno critico che influisce sull'efficienza delle SOFCs. La ricerca si propone di comprendere i meccanismi di degradazione attraverso un approccio teorico e sperimentale, formulando un modello di ossidazione basato sulla teoria di Carl Wagner. L'importanza di questo studio risiede nella necessità di migliorare la durata e l'affidabilità delle SOFCs, contribuendo così alla sostenibilità energetica.
1.1 Obiettivi dello Studio
L'obiettivo principale è la caratterizzazione della cinetica di ossidazione dei FSSs. Attraverso prove termogravimetriche, il documento mira a calcolare la costante cinetica di ossidazione e a quantificare l'evaporazione del cromo, un fenomeno che contribuisce alla perdita di massa dei campioni. La comprensione di questi processi è fondamentale per sviluppare strategie di mitigazione e migliorare le prestazioni delle SOFCs. Le misure di evaporazione del cromo sono state effettuate sia in situ che ex situ, utilizzando un sistema innovativo per la quantificazione. Questo approccio rappresenta un passo avanti nella ricerca, poiché offre nuove prospettive sulla gestione della degradazione dei materiali utilizzati nelle SOFCs.
II. Metodologia
La metodologia adottata nel documento include un'analisi dettagliata delle proprietà termiche e chimiche degli acciai inossidabili ferritici. Sono stati condotti esperimenti di termogravimetria per valutare la stabilità dei materiali a temperature elevate. Le prove sono state eseguite su due leghe specifiche: l'AISI 441 e il Crofer22 APU. Le misure sono state effettuate a diverse temperature (750°, 800° e 850°C) per un periodo massimo di 1000 ore. Questo approccio ha permesso di raccogliere dati significativi sulla cinetica di ossidazione e sull'evaporazione del cromo, fornendo una base solida per l'analisi dei risultati. La caratterizzazione metallurgica post-sperimentale ha confermato l'affidabilità delle misure, evidenziando l'importanza di un'accurata analisi dei campioni testati.
2.1 Analisi dei Risultati
I risultati ottenuti dalle misure termogravimetriche sono stati confrontati con il modello teorico di ossidazione. Questo confronto ha rivelato i limiti del modello e ha fornito spunti per ulteriori ricerche. L'analisi ha mostrato che l'evaporazione del cromo è un fattore critico nella degradazione dei FSSs, influenzando direttamente la loro performance nelle SOFCs. Le misure di resistenza elettrica in funzione della temperatura hanno ulteriormente supportato le conclusioni, dimostrando la necessità di sviluppare rivestimenti protettivi per mitigare l'evaporazione del cromo. Questi risultati hanno implicazioni pratiche significative per l'industria delle pile a combustibile, suggerendo direzioni future per la ricerca e lo sviluppo di materiali più resistenti.
III. Conclusioni
Il documento conclude che la comprensione dei meccanismi di ossidazione e evaporazione del cromo è essenziale per migliorare l'affidabilità delle SOFCs. La ricerca ha dimostrato che l'adozione di approcci innovativi nella quantificazione dell'evaporazione del cromo può portare a significativi miglioramenti nelle prestazioni dei materiali. Inoltre, la caratterizzazione metallurgica post-sperimentale ha confermato l'importanza di monitorare le proprietà dei materiali in condizioni operative. Le implicazioni pratiche di questo studio sono rilevanti per l'industria energetica, poiché contribuiscono a sviluppare tecnologie più sostenibili e efficienti. La continua ricerca in questo campo è fondamentale per affrontare le sfide future legate alla produzione di energia e alla sostenibilità ambientale.
3.1 Implicazioni Future
Le implicazioni future di questo studio includono la necessità di sviluppare nuovi materiali e rivestimenti protettivi per ridurre l'evaporazione del cromo. La ricerca dovrebbe concentrarsi su strategie innovative per migliorare la resistenza alla degradazione dei FSSs, garantendo così una maggiore durata delle SOFCs. Inoltre, l'implementazione di tecnologie avanzate per il monitoraggio delle condizioni operative delle pile a combustibile potrebbe fornire dati preziosi per ottimizzare le prestazioni. Questo studio rappresenta un passo importante verso la realizzazione di sistemi energetici più sostenibili e resilienti, contribuendo a un futuro energetico più verde.
Riferimento del documento
- Studio dell’ossidazione ad alte temperature e quantificazione dell’evaporazione del cromo da interconnettori per Pile a Combustibile ad Ossidi Solidi (SOFCs) (Daniele Paravidino)
- Teoria di Wagner
- AISI 441
- Crofer22 APU
- Spettroscopia ad emissione atomica (ICP-AES)