Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Sanaz Zarabi Golkhatmi

Väitöskirjan nimi: Inkjet Printing for Low-Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Comparative Fabrication Techniques and Microstructural Investigations

Tohtoriopiskelija: Sanaz Zarabi Golkhatmi
Vastaväittäjä: research fellow Naimeh Naseri Taheri, Monash University, Australia
Kustos: professori Peter Lund, Aalto-yliopiston Perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Kiinteäoksidipolttokennot (SOFC) tarjoavat merkittävän potentiaalin puhtaan energian tuotannossa, mutta niiden laajamittaista käyttöönottoa rajoittavat kestävyys- ja vakaushaasteet. Tässä väitöskirjassa esitellään uusi lähestymistapa näiden haasteiden ratkaisemiseksi edistyneillä SOFC-komponenttien valmistusmenetelmillä, erityisesti niiden mikrostruktuurien osalta.

Tutkimus korostaa mustesuihkutulostuksen käyttöä, joka on maskiton, tarkka ja kontaktiton menetelmä korkean suorituskyvyn materiaalien valmistukseen mukautetuilla mikrostruktuureilla. Tämä tekniikka on erityisen arvokas SOFC katodikomponentille, jossa hapenpelkistysreaktiot aiheuttavat usein aktivointihäviöitä. Parantamalla katodin mikrostruktuuria pyritään tutkimuksessa lisäämään SOFC suorituskykyä ja vakautta.

Tutkimuksen ydin käsitti kolmen erillisen mustekoostumuksen kehittämisen ja karakterisoinnin: LSCF, CuFe2O4 ja CuFe2O4 – GDC nanokomposiitti. Näitä koostumuksia arvioitiin perinteisiin matalan viskositeetin valmistusmenetelmiin, kuten pisaravalutukseen ja pyöröpinnoitukseen, verrattuna. Musteiden laaja-alainen karakterisointi, mukaan lukien partikkelikokojen analysointi, reologia, lämpöominaisuudet, mikrostruktuurien analyysi ja sähkökemiallinen suorituskyky, suoritettiin niiden tehokkuuden arvioimiseksi.

Tulokset osoittavat, että mustesuihkutulostus parantaa merkittävästi SOFC-komponenttien mikrostruktuuria, tarjoten hierarkkisen arkkitehtuurin lisääntyneillä reaktiopaikoilla, mikä johtaa parantuneeseen sähkökemialliseen suorituskykyyn. Lisäksi mustesuihkutulostus osoittautuu kestävämmäksi valmistustekniikaksi, sillä se kuluttaa vähemmän aktiivista materiaalia ja tuottaa vähemmän jätettä perinteisiin menetelmiin, kuten seripainatukseen, verrattuna.

Tämä tutkimus ei ainoastaan edistä SOFC-teknologiaa, vaan avaa myös uusia mahdollisuuksia mustesuihkutulostuksen soveltamiseen erilaisten sähkökemiallisten laitteiden, kuten antureiden, akkujen, superkondensaattoreiden ja elektrolysaattoreiden, valmistuksessa. Tulokset esittävät polun kohti tehokkaampia, skaalautuvia ja kestävämpiä energiaratkaisuja.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/ 

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52 

Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas