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rapporti - Deliverable

Verifica delle prestazioni di celle a combustibile ad alta temperatura in funzione delle condizioni operative

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Verifica delle prestazioni di celle a combustibile ad alta temperatura in funzione delle condizioni operative

Le attività RdS previste per il 2008 sulle celle a combustibile sono state completate con successo unitamente a quelle dei due progetti correlati del 6FP UE, FCTES QA e FCTEDI, ai quali CESI RICERCA partecipa come partner. CESI RICERCA ha mantenuto anche nel 2008 le posizioni ricoperte nel comitato tecnico normativo internazionale TC 105 della IEC (International Electrotechnical Commission) sulle tecnologie di cella a combustibile e nell’omologo comitato nazionale all’interno del CEI. In particolare CESI RICERCA ha la presidenza del Comitato Tecnico Italiano 105 Celle a combustibile per il triennio 2007-2009 ed è presente dal 2005 in due gruppi di lavoro internazionali del TC 105, sulla terminologia (WG1) e sui metodi di misura delle prestazioni di sistemi di potenza a celle a combustibile per applicazioni stazionarie (WG4). I costi di partecipazione ai gruppi di lavoro del TC 105 sono coperti dal progetto UE FCTEDI. CESI RICERCA ha partecipato attivamente alla messa a punto della seconda edizione della Specifica Tecnica IEC TS 62282-1 – Terminology e alla revisione della Norma Internazionale IEC 62282-3-2 Fuel cell technologies. Part 3-2: Stationary fuel cell power systems – Performance test methods ed è stato presente a tutte le riunioni dei rispettivi gruppi di lavoro internazionali. Nel corso del 2008, presso il Laboratorio Celle a Combustibile di CESI RICERCA, sono stati sperimentati come previsto una monocella ed uno stack di celle a combustibile a carbonati fusi messi a disposizione da Ansaldo Fuel Cells per prove sperimentali previste dal progetto UE 6FP FCTES QA e per ulteriori approfondimenti nell’ambito delle attività RdS. La sperimentazione della monocella è stata suddivisa in due periodi. I primi due mesi e mezzo sono stati dedicati a prove finalizzate alla messa a punto di procedure per la caratterizzazione delle prestazioni di monocelle. Sono stati confrontati protocolli di prova per la misura di curve caratteristiche tensione -corrente adottati presso altri laboratori italiani e coreani. E’ stato possibile definire tempi minimi raccomandabili di mantenimento su ciascun punto della caratteristica ed è stata confermata la validità del protocollo fin qui adottato presso il Laboratorio di CESI RICERCA. Nel corso del primo periodo di prova della monocella è stato anche approfondito il concetto di “stato stazionario” verificando l’effettiva stabilità su più giorni di tutti i parametri registrati sulla postazione di prova: temperature, portate di gas, tensione e corrente. Dopo un periodo di conservazione di un paio di mesi la monocella è stata riavviata e sono state condotte le prove previste dal programma RdS per verificare le conseguenze dell’esposizione a flussi di gas anodico inquinati con idrogeno solforato. Composti a base di zolfo sono presenti sia nel gas di rete sia in biogas e, se non adeguatamente rimossi, rappresentano una delle principali cause di deterioramento delle prestazioni di sistemi di potenza a celle a combustibile. Le prove hanno permesso di individuare concentrazioni e tempi di esposizione ai gas inquinati entro i quali le prestazioni di cella possono essere quasi completamente recuperate una volta ripristinata l’alimentazione con gas di processo puri. Le concentrazioni di idrogeno solforato sono state quindi aumentate fino a determinare il danneggiamento irreversibile e permanente della cella. Lo stack MCFC da laboratorio della taglia di 1 kWe è stato consegnato il 3 novembre e subito installato e condizionato sulla postazione di prova di CESI RICERCA. Il condizionamento (primo riscaldamento fino a 650 °C) è stato condotto secondo una procedura indicata da AFCo, diversa da quella abitualmente adottata. La validità di questa nuova procedura potrà essere stabilita solo al termine della sperimentazione prevista (circa 4000 ore) e dopo lo smontaggio dello stack stesso da parte di AFCo. Il programma di attività RdS 2008 su questo stack prevedeva lo studio degli effetti del ciclaggio termico. Il primo dei cicli spegnimento e riaccensione programmati è stato effettuato in occasione della chiusura di fine anno. Nel primo periodo di prova (novembre-dicembre 2008) lo stack è stato accuratamente caratterizzato mediante curve caratteristiche tensione corrente, analisi gascromatografiche dei gas di processo e misure di resistenza interna di stack e delle singole celle. Sono state definite infine condizioni di mantenimento stabili, su cui lo stack è stato tenuto per accumulare dati anche sulla distribuzione delle temperature all’interno di singole celle strumentate con termocoppie.

Dopo il riavvio, durante il secondo periodo di prova, nel febbraio 2009, sono state ripetute nelle stesse condizioni sperimentali, curve caratteristiche, analisi gascromatografiche e misure di resistenza interna. Sono stati inoltre registrati periodi di mantenimento in condizioni stazionarie. Il ciclo termico non ha peggiorato le prestazioni di stack. Al contrario, dopo il ciclo termico si sono attenuate le instabilità di tensione rilevate nel primo periodo di prova su alcune celle ad alte correnti. Ciò ha permesso nella seconda parte della sperimentazione di stabilizzare punti di caratteristica a correnti più elevate e di raggiungere la potenza nominale di 1 kW. Le analisi dei gas di processo e della distribuzione delle temperature all’interno delle celle hanno evidenziato la sostanziale stabilità delle tenute ai gas. Durante l’ultima settimana di sperimentazione sono state effettuate analisi sulla composizione dei gas di processo dello stack introducendo nella miscela di gas anodici opportune quantità di un tracciante inerte (elio) con proprietà simili a quelle del’idrogeno. L’utilizzo di traccianti inerti può essere di estrema utilità per valutare e quantificare il grado di tenuta ai gas della matrice elettrolitica in celle a carbonati fusi. Queste prove, programmate all’interno del progetto europeo FCTESQA sono finalizzate alla messa a punto di procedure e protocolli armonizzati per la caratterizzazione di celle e stack da laboratorio e di sistemi di potenza a celle a combustibile. Una nuova campagna di prove è stata programmata per il 2009 su questo stesso stack per circa 1500 ore, suddivise in tre periodi di 500 ore ciascuno, intervallati da cicli di spegnimento e riavvio, per proseguire lo studio degli effetti del ciclaggio termico sulle celle a combustibile a carbonati fusi.

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