præsentation af serc resultater...præsentation af serc resultater mogens bjerg mogensen institut...

51
General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from orbit.dtu.dk on: Feb 13, 2021 Præsentation af SERC resultater Mogensen, Mogens Bjerg Publication date: 2012 Link back to DTU Orbit Citation (APA): Mogensen, M. B. (Forfatter). (2012). Præsentation af SERC resultater. Lyd og/eller billed produktion (digital)

Upload: others

Post on 03-Oct-2020

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.

You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.

Downloaded from orbit.dtu.dk on: Feb 13, 2021

Præsentation af SERC resultater

Mogensen, Mogens Bjerg

Publication date:2012

Link back to DTU Orbit

Citation (APA):Mogensen, M. B. (Forfatter). (2012). Præsentation af SERC resultater. Lyd og/eller billed produktion (digital)

Page 2: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Præsentation af SERC resultater

Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre grønne teknologier Torsdag den 8. november 2012 kl. 13.00 – 17.00 i Ingeniørhuset (IDA) i København

Page 3: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

SERC

SERC = Strategic Electrochemistry Research Center handler om forskning i elektrokemiske celler

Blandt andet brændselsceller, der kan producere

elektricitet ud fra O2 (+) og metan, CH4, H2, CO eller andre brændselsgasser (-)

og elektrolyseceller, der kan producere O2 (+) og

syntesegas (H2 + CO) ud fra H2O og CO2 (-) samt elektricitet

Page 4: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

SERC

• En elektrokemisk celle består af to elektroder adskilt af en elektrolyt

• En elektrolyt er en god ionleder og en elektronisolator

• En elektrode er som minimum en god elektronleder

• SERC har mest handlet om fastoxid celler – SOC (solid oxide cells), der består af udelukkende faste stoffer, mest af keramiske materialer

Page 5: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

0.8 V 1.4 V

Samme celle kan køres som brændselscelle, SOFC (A), eller som elektrolysecelle, SOEC (B).

600 - 900 °C EMF ca. 1.1 V

Brændselscelle Elektrolyse celle

Princip af reversibel fastoxid celle SOC

Page 6: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Ni -YSZ- understøttet SOC

Strømsamler,

Oxygen elektrode LSM-YSZ, ~20 µm

Elektrolyt, YSZ, ~10 µm

Brændselselektrode Ni-YSZ, ~15 µm

LSM, ~40 µm

Strømsamler og support Ni-YSZ, ~330 µm

LSM = (La075Sr0.25)0.95MnO3 YSZ = Zr0.84Y0.16O1.92

Positive (+) elektrode

Negative (-) elektrode

Page 7: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Ni-YSZ support

Ni-YSZ elektrode YSZ elektrolyt

LSM-YSZ elektrode

10 µm Acc. voltage: 12 kV SE image

SEM af Ni-YSZ supporteret SOC

_

+

Page 8: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

DTU Risø solid oxide cell (SOC) 12 x 12 cm2

Page 9: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

8

Single cell

Single cell

Cathode Electrolyte Anode

Interconnector

Fuel gas

Current

Current

Air

∼ 1 V of each cell ⇒ cell stack of many cells

Page 10: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

En rigtig celle stak

• To operate at useful voltages several cells, e.g. 50, are stacked in series

• High energy density: Stack electric power density of ∼3 kW/liter demonstrated with Topsoe cell stacks in electrolysis mode

• Scalable technology: From kW to MW

Page 11: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

SERC er om anvendt elektrokemi

Celler af keramiske materialer – driftstemperatur 600 til 900 °C

O2

Electrolysis Fuel Cell Gas Cleaning Oxygen Sensor

elektrolyt O2- - elektrode

H2O, CO2 H2, CO

Electricity consumption Syngas and oxygen production

Electricity production Fuel gas and oxygen consumption

O2

H2O, CO2 CH4 NO N2

CO, (CH2)n pO2 unknown

pO2 reference

CO2

Gas purification using electricity – pumping O2-

Voltage is a measure of oxygen partial pressure

elektrolyt O2- - elektrode

elektrolyt O2- - elektrode

elektrolyt O2- elektrode

+ elektrode + elektrode elektrode + electrode

Page 12: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Formål og budget for SERC 1. At udføre industrielt relevant forskning inden for

elektrokemi på højt internationalt niveau

2. At uddanne kandidater og PhD’er samt træne postdocs (unge forskere)

3. At udveksle viden mellem DTU Energikonvertering, de andre universitetsinstitutter og industripartnerne

Budget: 25.7 Mkr. fra DSF, BENMI; Total 51.4 Mkr.

Page 13: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Participants with a contributing budget • Dinex A/S – Henrik Christensen • DME – Danish Micro Engineering A/S - Curt Sander • DONG Energy A/S – Aksel Hauge Pedersen • Haldor Topsøe A/S - John Bøgild Hansen • IRD Fuel Cells A/S - Laila Grahl-Madsen • PBI-Dansensor A/S - Rune Bech Abrahamsen • Topsoe Fuel Cell A/S - Niels Christiansen • Videometer A/S - Niels Christian Krieger Lassen

8 Active Industry Participants

Page 14: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Participants with a contributing budget • Department of Chemistry, DTU - Torben Jacobsen • Department of Physics, DTU - Ib Chorkendorff and Jan

Rossmeisl • Department of Informatics and Mathematical Modeling, DTU -

Rasmus Larsen • Institute of Chemical Engineering, Biotechnology and

Environmental Technology, SDU - Eivind Skou • Polymer and Materials Chemistry, Lund University - Reine

Wallenberg • Risø DTU - Jacob Bowen, Kent Kammer Hansen, Karin Vels

Hansen, Johan Hjelm, Mogens B. Mogensen

6 Scandinavian University Institutes 3 Universities

Page 15: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

1. University of Columbia, NY, USA, Klaus Lackner 2. Karlsruhe Institute of Technology, Ellen Ivers-

Tiffée 3. University of St. Andrews, Scotland – John

Irvine 4. University of Twente, NL – Henny Bouwmeester 5. Colorado School of Mines, Golden, CO, USA

International cooperation

Page 16: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Vision - Synthetic hydrocarbons from wind via pressurized electrolysis

Page 17: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Cell performance DTU Risø 2G cells

i - V curves for a Ni-YSZ-supported Ni/YSZ/LSM SOC: electrolyzer (negative cd) and fuel cell (positive cd) at different temperatures and steam or CO2 partial pressures - balance is H2 or CO. S.H. Jensen et al., Internat. J. Hydrogen Energy, 32 (2007) 3253

World record !

Page 18: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

SOC electrode structure

1

8

Solid oxide cell and the oxygen electrode. Left: cell structure with 3 thin (10 – 80 µm) layers: fuel electrode (green), electrolyte (beige) and oxygen electrode (blue). Middle: magnification of composite oxygen electrode. Right: 3-D picture of how triple phase boundary (TPB) may look on atomic scale. Many different surface sites are possible electrocatalytic active sites.

Page 19: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

0 100 200 300 400 500 600

Electrolysis time (h)

Cell

volta

ge (m

V)

* *

* The increase in cell voltage after 295 and 363 hours of electrolysis w as caused by a sensor break in the oven temperature controle causing a low ering of the cell temperature to 795ºC and 835ºC respectively

Degradation from 25 - 600 h: 1 mV / 1000 h

CO2 - CO as provided

Clean CO2 - CO

CO2 electrolysis - impurities

850 °C, 0.25 A/cm2

Only traces of H2S (pbb level) could be detected in the as provided CO2 – CO gas mixture S.D. Ebbesen and M. Mogensen, patent application filed, Data in ESSL, 2010, same authors

Page 20: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Co-electrolysis H2O and CO2 1 kW - 10-cell stack – 12×12cm2

11.0

11.5

12.0

12.5

13.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Electrolysis time (h)

Stac

k vo

ltage

(V)

-0.50 A/cm2 -0.75 A/cm2

Temperature slip

850 ºC, -0.50 A/cm2 or -0.75 A/cm2, 45 % CO2 / 45% H2O / 10 % H2 S. Ebbesen et al., Internat. J. Hydrogen Energy, 36 (2011) 7363

Page 21: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Degradation at high current density

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

0 100 200 300 400 500 600 700

Cel

l Vol

tage

(mV

)

Time under Current (h)

Test A

Test B

Test C

0.57 mV/ h0.33 mV/ h

0.35 mV/ h

1.14 mV/ h

2.56 mV/ h

-0.15 mV/ h

Test A: -2.0 A·cm-2, B: -1.5 A·cm-2 and C: -1.0 A·cm-2 operated at 850 °C with 50:50 H2O:H2

Ruth Knibbe et al., JES, 157 (2010) B1209

Page 22: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Degradation at high current density • Much smaller Rp than Rs degradation • TEM reveals that it is due to O2 bubble precipitation inside the

electrolyte near the O2 LSM/YSZ-electrode destroying σO2-

Page 23: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Bubble Formation Mechanism

• The anodic (oxidizing) overpotential of the oxygen electrode in electrolysis mode causes an increased potential of electrons inside the adjacent electrolyte

• This in turn causes an increased oxygen equilibrium potential/partial pressure

• 50 mV overpotential → 10 bar,

• Oxygen bubbles are nucleated at grain boundaries

• The bubble growth is limited by creep of the YSZ

• Ca. 40 mV overpotential seems allowable, i.e. ca. 1 A cm-2 @ 800 °C for 2.5 G cells

Page 24: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

The importance of microstructure

We would like to quantify: •The amount of triple phase boundaries •Are the TPBs active?

•How long is the pathway to reach them through each phase?

•How wide is this pathway?

Page 25: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Focused ion beam tomography

Page 26: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

3D rekonstruktion af elektrodestruktur

_ +

Motivation – Fuel cells and microstructure Image acquisition – FIB tomography

Parameter extraction

Quantitative values - TPB lengths - Surface area - Percolation -Tortuosity - etc.

Data processing

Page 27: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Analysis of Differences in Impedance Spectra, ADIS

Gas to Ni/ZrO2 electrode is H2O in H2 (25 l/h) Gas to LSM/YSZ electrode is O2 (20 l/h)

Work of Søren Højgaard Jensen, Sune D. Ebbesen, and several more

Impedance on a Ni-ZrO2YSZLSM-YSZ cell

Page 28: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Definition of ∆Z′

∆Z′ is the difference in the slope

Page 29: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

ADIS - Analysis of Differences in Impedance Spectra

The cell impedance obtained for an Ni/YSZYSZLSM/YSZ at 750ºC Fuel gas composition of 95% H2-5% H2O and 75% H2-25% H2O Air is used as cathode gas.

Page 30: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

ADIS - Analysis of Differences in Impedance Spectra

The cell impedance obtained for an Ni/YSZYSZLSM/YSZ at 750ºC Fuel gas composition of 95% H2-5% H2O (squares) and 75% H2-25% H2O (circles) Air is used as cathode gas.

Page 31: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

ADIS - Analysis of Differences in Impedance Spectra

The cell impedance obtained for an Ni/YSZYSZLSM/YSZ at 750ºC Fuel gas composition of 95% H2-5% H2O and 75% H2-25% H2O Air is used as cathode gas.

Page 32: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

ADIS - Analysis of Differences in Impedance Spectra

The cell impedance obtained for an Ni/YSZYSZLSM/YSZ at 750ºC Fuel gas composition of 95% H2-5% H2O and 75% H2-25% H2O Air is used as cathode gas.

Page 33: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

ADIS - Analysis of Differences in Impedance Spectra

The cell impedance obtained for an Ni/YSZYSZLSM/YSZ at 750ºC Fuel gas composition of 95% H2-5% H2O and 75% H2-25% H2O Air is used as cathode gas.

Page 34: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Performance drop during steam electrolysis operation

750 C, -0.25A/cm2, 70% H2O + 30% H2

Page 35: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Impedance spectra recorded during electrolysis operation

Page 36: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

∆Z′ on both electrodes before and after electrolysis test

750 C

300 Hz 2 kHz

80 Hz

6 Hz ∆Z′

Page 37: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

EIS of non-infiltrated and infiltrated LSM:YSZ electrodes at 600°C in air From

SOFC Forum 8: M. Søgaard et al., A0605

0.0 0.5 1.0 1.5 2.00.0

0.5

1.0

1.5 T = 600°C

LSM:YSZ LSM:YSZ infiltrated with CeO2

LSM:YSZ infiltrated with SDC

- Z

'' / [ Ω

cm2 ]

Z' / [ Ω cm2 ]

14 Hz1.4 Hz

200 Hz

Nano-ceria on LSM

Page 38: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Electrode improvements examples

• The low frequency arc (= the oxygen exchange rate at the surface) is affected by ceria nanoparticles

• Ceria nanoparticles in the fuel electrode make it much less sensitive to sulfur poisoning

• The effect of nano-particles (good or bad) is a kind of “TPB” effect, i.e. the surface near the TPB of the “coarse” structure of the electrode (the “original” electrode) is affected by some kind of interaction/reaction with the nano-particles

• The interaction with impurities is probably important (scavenging)

• Other TPB chemistry may be important. We do not know much about the details.

• New surface sensitive in situ methods are urgently needed

Page 39: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

New facilities in cooperation with other projects

• “Electrochemistry under elevated temperature and pressure” established - 5 experimental set-ups (co-financed with several projects) with pressures up to 95 bar with several relevant gases. 3 are in operation and remaining 2 to be finished by end of 2012.

• “In situ electrochemistry on micro and nano scale” - novel custom made equipment - CAHT-SPM (controlled atmosphere high temperature scanning probe microscopy) - established in cooperation with Danish Micro Engineering A/S. In-situ electrochemical investigations on scales from nanometer up to 50 micrometer scale.

Page 40: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Autoclaves for high pressure electrolysis set-ups

Page 41: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Effect of 10 bar pressure

We get pressurized hydrogen with lower electricity input!

Page 42: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

New in operandum technique

CAHT-SPM in situ measurements of electrochemistry at high temperature

Surface and grain boundary conductivity at 650°C image of YSZ electrolyte with 1000 ppm Si. White is high resistance.

Page 43: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Oxygen sensor med indbygget Ni/NiO reference elektrode

Efter gennemførelsen af det første SERC del-projekt omkring forbedring af oxygen sensorer, fik vi den idé at vi kunne lave en anden type sensor med intern reference i stedet for den traditionelle med tilførsel af en reference gas

Et PhD - projekt blev startet og det er lykkedes at fremstille en

meget kompakt lille sag, der virker fint Der er indleveret en patentansøgning

Page 44: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Oxygen sensor med indbygget Ni/NiO reference elektrode

Page 45: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Publications and communications • 69 articles in international journals and books so far • 12 more in press, submitted or close to finished, most will be

submitted in 2012 • ?? more to come • 8 PhD theses • 4 MSc and 1 BSc theses • 2 Patent applications • Many conference participations (> 40) and contributions to

workshops - also co-arrangements. Many invited presentations e.g. IGU’s World Gas Conference, Kuala Lumpur, Malaysia, June 4- 8, 2012, “Green Gas” talk.

• 12 Biannual meetings + broad public meeting next Thursday • web-site: www.serc.dk

Page 46: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Opfyldelse af mål

Der blev opsat 12 milepæle om komnkrete mål, der skulle nås. De 11 er blevet nået helt, og 1 næsten. Den sidste vil meget

sandsynligt blive nået i et af de nye projekter næste år. Disse milepæle er mest for “nørderne”. Den seneste SERC

årsrapport, der beskrive dem og graden af målopfyldelse, kan findes på SERC hjemmesiden

www.serc.dk

Page 47: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Fortsættelse af aktiviteterne

• Topsoe Fuel Cell A/S og Topsøe A/S fortsætter kommercialiseringen af SOFC of SOEC, men der stadig hårdt brug for strategisk forskning på området.

• Projekter (NEC og EUDP) inden for SOEC til syntetisk brændsel (tryksætning, levetid) og opgradering af biogas med SOEC er bevilget og startet.

• Ansøgninger om projekter til studier af forskellige aspekter af TPB - regionens kemi og struktur er sendt.

• Der er mindre aktiviteter finansieret af DTU i gang.

Page 48: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Review • When all guests and colleagues that have been clearly involved

in SERC in some way are included, it adds up to more than 60 persons.

• SERC has been carried out in close cooperation with other related projects and activities in the participating companies and university departments.

• We have put emphasis on cooperation/synergy between the sub-projects and activities within SERC.

• We have put even more emphasis on close cooperation with other running projects. A basis for several papers and for one the patents was made in other projects, but as these projects were small/short, the were not resources to take the scientific work into publications. As the work was well related to SERC, it was finished within SERC.

Page 49: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Review cont.

• SERC was based on already existing visions shared by the departments and some of the companies

• This (and other common interests) has resulted in big extra contributions, in particular from DTU Energy Conversion (prev. Risø DTU); considerable man-power and cash money from outside SERC have been contributed to build-up new applied (strategic) research facilities

• This means on the other hand that SERC money and results will have a very large future impact in addition to the results already achieved

Page 50: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Strategic Electrochemistry Research Center · SERC · www.serc.dk A research center under the Danish Council for Strategic Research

Department of Energy Conversion and Storage · Technical University of Denmark – DTU Frederiksborgvej 399 · P.O. 49 · DK-4000 Roskilde

Tel: +45 4677 4677 · Fax: +45 4677 5688

Alle de andre resultater

• Der er fundet/opdaget et hav af små, men tilsammen særdeles betydningsfulde detaljer, som der ikke er tid til at fortælle om idag.

• Dem kan man læse om i de publicerede artikler.

• Der er en opdateret liste over publikationer på hjemmesiden

www.serc.dk

Page 51: Præsentation af SERC resultater...Præsentation af SERC resultater Mogens Bjerg Mogensen Institut for Energikonvertering og –lagring Møde om Elektrokemi til grøn gas og andre

Konklusion

• The mission is fulfilled

• The main impact of SERC may occur in the future

Tak for jeres opmærksomhed