Reversible Molten Carbonate Fuel Cells Integrated in Biomass Gasification
Tid: Fr 2026-05-22 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_i6ljr1aCQ5OR3EKVrYhR_g
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Deniz Björkén , Tillämpad elektrokemi
Opponent: Professor Armelle Ringuedé, CNRS - French National Centre of Scientific Research, Chimie ParisTech, Frankrike
Handledare: Professor Carina Lagergren, Tillämpad elektrokemi; Professor Klas Engvall, Processteknologi
QC 20260423
Abstract
Reversibla smältkarbonatbränsleceller (RMCFC) är lovande för integration med biomassaförgasningssystem, då de möjliggör flexibel elproduktion och kemisk energilagring, vilket bidrar till ökad nätstabilitet och energisäkerhet. Biomassabaserade produktgaser introducerar dock gasfasreaktioner som är kopplade till elektrokemin, och deras inverkan på RMCFC-prestanda är ännu inte tillräckligt förstådd.
I denna avhandling undersöks produktgasers inverkan på RMCFC-prestandan, genom experiment i s.k. knappcell, analys av elektrodkinetik samt numerisk modellering. Stabil och reversibel drift demonstreras med gasblandningar som representerar olika förgasningsprocesser och för driftsförhållanden på 600–650 °C och 20–40 % inloppsfuktighet.
Analys på elektrodnivå möjliggör bestämning av utbytesströmtätheter och reaktionsordningar, och visar att erhållna skenbara kinetiska parametrar styrs av lokala gassammansättningar modifierade av ångreformering och vatten-gas-skiftreaktioner, snarare än enbart av inloppsgasens sammansättning. De elektrokemiska reaktionerna vid Ni-vätgas-elektroden förblir reversibla under dessa förhållanden.
Resultaten visar att prestandan är starkt beroende av driftsförhållandena i RMCFC. Ökad temperatur och fuktighet förbättrar tillgången på vätgas genom gasfasreaktioner och bidrar därmed till den elektrokemiska omvandlingen, medan lägre temperaturer eller begränsad fuktighet leder till otillräcklig reformering, utarmning av elektrokemiskt aktiva komponenter och ökade transportbegränsningar.
Ett modelleringsramverk utvecklas för att förutsäga gassammansättning vid utloppet, och visar att temperatur, fuktighet och strömtäthet styr gasfasjämvikterna och möjliggör anpassning av drift mot elproduktion, vätgasproduktion och syntesgaskonditionering.
Sammanfattningsvis etablerar denna avhandling en mekanistisk förståelse av RMCFC-drift med komplexa gasblandningar och identifierar de kopplade elektrokemiska och termokemiska processer som styr prestandan.