Solid-state synthesis of NASICON (Na3Zr2Si2PO12) using nanoparticle precursors for optimisation of ionic conductivity

In this work, the effect of varying the size of the precursor raw materials SiO2 and ZrO2 in the solid-state synthesis of NASICON in the form Na3Zr2Si2PO12 was studied. Nanoscale and macro-scale precursor materials were selected for comparison purposes, and a range of sintering times were examined (10, 24 and 40 h) at a temperature of 1230 °C. Na3Zr2Si2PO12 pellets produced from nanopowder precursors were found to produce substantially higher ionic conductivities, with improved morphology and higher density than those produced from larger micron-scaled precursors. The nanoparticle precursors were shown to give a maximum ionic conductivity of 1.16 × 10−3 S cm−1 when sintered at 1230 °C for 40 h, in the higher range of published solid-state Na3Zr2Si2PO12 conductivities. The macro-precursors gave lower ionic conductivity of 0.62 × 10−3 S cm−1 under the same processing conditions. Most current authors do not quote or consider the precursor particle size for solid-state synthesis of Na3Zr2Si2PO12. This study shows the importance of precursor powder particle size in the microstructure and performance of Na3Zr2Si2PO12 during solid-state synthesis and offers a route to improved predictability and consistency of the manufacturing process

Renewable Energy Sources in Iel/Ow - Materials and Applications

The article describes the research area of Renewable Energy Sources Section of Electrotechnical Institute. It includes subject matter of fuel cell, particularly material science engineering and fuel cel implementation to various electrochemical and electrical devices. Two types of fuel cells were presented i.e. SOFC and PEMFC. Additionally, their exemplary, constructed applications were described.W artykule przedstawiono profil tematyki badawczej Pracowni Niekonwencjonalnych Źródeł Energii, dotyczący m.in. ogniw paliwowych od opracowań materiałowych, do ich impementacji w urządzeniach elektro-chemicznych i elektrycznych. Zaprezentowano dwa typy ogniw paliwowych (SOFC i PEMFC) oraz możliwości ich wykorzystania na przykładzie własnych opracowań aplikacyjnych

Ceramic superionic conductors in electrochemical devices

Przewodniki superjonowe charakteryzują się dużą przewodnością jonową, co predysponuje je do zastosowań w urządzeniach elektrochemicznych takich jak: ogniwa paliwowe, elektrolizery, czujniki i pompy tlenu. Niniejsza publikacja zawiera analizę możliwości wykorzystania wysokotemperaturowych elektrolitów ceramicznych w wymienionych urządzeniach. Na podstawie opracowanych zestawów materiałowych zaprojektowano i wykonano konstrukcje ogniwa paliwowego oraz czujnika i pompy tlenu. Porównawcze charakterystyki działania badanych urządzeń zaprezentowano dla materiałów bazujących na tlenku cyrkonu oraz bizmutu.High ionic conductivity is a basic property of superionic conductors what involves them to be applicable in electrotechnical devices such as fuel cells, electrolysers, sensors and oxygen pumps. The paper contains analysis of possibility to use hightemperature ceramic electrolytes in these devices. Basing on various materials being made single fuel cell, sensor and oxygen pump have been designed and constructed. The graphs and figures included in the paper show devices’ operation in terms of zirconium and bismuth oxide-based materials characterization

Usability evaluation of PEM fuel cell and supercapacitors application in the emergency power backup system

Na podstawie badań skonstruowanego zasilacza awaryjnego typu UPS bazującego na ogniwie paliwowym oraz superkondensatorach dokonano oceny sensowności wykorzystania powyższych zasobników energii w systemie awaryjnej generacji energii elektrycznej. Układ UPS zapewnia podtrzymanie podłączonych odbiorników elektrycznych dzięki bezpośredniej konwersji chemicznej energii wodoru na energię elektryczną, wykorzystując niskotemperaturowe ogniwo paliwowe (PEM-FC) oraz buforowe magazyny energii – superkondensatory. Implementacja układu typu stos ogniwa paliwowego – superkondensatory uwidacznia szereg ich zalet, w porównaniu do konwencjonalnych zasobników energii – akumulatorów. Zalicza się do nich długi czas pracy, duża ilość cykli ładowanie – rozładowanie, czy krótki czas osiągania ponownej gotowości do awaryjnego podtrzymywania zewnętrznych odbiorników. Jednak znane są również pewne wady tego typu rozwiązania będące głównie wynikiem zasady działania oraz sposobu obsługi ogniwa paliwowego. Praca zawiera opis budowy i sposobu działania zbudowanego zasilacza UPS oraz wyniki pomiarów wykonanych w warunkach zróżnicowanego obciążenia, na których podstawie porównano opisywaną konstrukcję do komercyjnie dostępnych, akumulatorowych zasilaczy UPS.Evaluation of FC/SC-based UPS has been done in terms of energy containers usability in the power emergency generation system. The Uninterruptible Power Supply delivers electric support for connected loads basing on hydrogen energy direct conversion into electricity with aid of low-temperature PEM fuel cell and additional energy carriers – supercapacitors. The installation of the hybrid as well as fuel cell stack and supercapacitors reveals significant advantages in comparison to the standard energy storage systems – batteries. Long time of operation, high number of duty cycles and short time of charging can be mentioned as an example. However, there are known some disadvantages which result from fuel cell principle of operation. The paper contains description of design and rules of operation, and measurement results that have been obtained under various conditions of the load. These results were then used to compare commercially available back-up systems with FC/SCbased UPS

Technology of bushing for turbo-powergenerator

W artykule przedstawiono rozwiązanie technologiczne wykonania izolatora przepustowego do turbogeneratora elektroenergetycznego. Opracowane izolatory będą miały polimerową zewnętrzną izolację elektryczną spełniającą wymagania dotyczące izolatorów przepustowych dla generatorów elektroenergetycznych. Przewiduje się, że opracowane izolatory będą tańsze od ich importowanych odpowiedników. Przedstawiono opracowanie konstrukcji oraz technologii wykonania izolatorów przepustowych dla elektroenergetycznych turbogeneratorów średniego napięcia, spełniających funkcję izolowania elektrycznego elementów turbogeneratora, jak również funkcję przeprowadzenia toru prądowego z wnętrza generatora do sieci elektroenergetycznej. Rozwiązanie konstrukcyjne wykonano w oparciu o epoksydowy kompozyt lany. Wytworzenie prototypów izolatorów wymagało wykonania szeregu badań materiałowych parametrów: elektrycznych, mechanicznych, cieplnych i środowiskowych mających na celu optymalny dobór konstrukcji izolatorów oraz zagwarantowanie technologiczności wykonania, co jest istotne przy wdrożeniu rozwiązania do produkcji na skalę techniczną. Przedstawiono zalety i wady tej technologii. Zaprezentowano wyniki badań materiałowych wykonanych na próbnych modelach tego izolatora. Stwierdzono przydatność wybranych materiałów i technologii do zastosowania w przewidywanej produkcji.The article presents a bushing technology implementation to turbo power. A polymeric insulators outer electrical insulation that meets the requirements for bushings for power generators have been developed. It was anticipated that the developed bushings would be cheaper than the imported ones. The paper presents the design and technology of bushings for high voltage electrical turbogenerators, which role is to be an electrical insulation of turbogenerator elements, as well as to be a path for current from the inside of the generator to the grid. The body of bushing was made from epoxy composite using cast method. For the optimal selection of the construction of insulators and to ensure manufacturability, the execution of prototypes of insulators needed a series of studies of material parameters: electrical, mechanical, thermal and taking into account of the environmental policies, which is important in implementing solutions for large scale production. Advantages and disadvantages of this technology are presented. The results of material tests performed on the test model of the insulator are included. The usefulness of selected materials and technologies for the use in the production envisaged

Uninterruptible power supply (UPS) as a example of the fuel cell and ultracapacitors application

Skonstruowano zasilacz awaryjny UPS z zespołem źródeł energii ogniwo paliwowe - superkondensatory. Do budowy zasilacza wybrano polimerowe ogniwo paliwowe o nominalnej mocy 600 W oraz dwa szeregowo połączone superkondensatory o pojemności 110 F każdy. Projekt zakładał wykonanie zasilacza z podwójnym przetwarzaniem (typu on-line), co oznacza, że odbiorniki energii podłączone do niego są odseparowane od sieci energetycznej. Wykonany UPS charakteryzuje się nominalną mocą elektryczną 500 W, wysokiej dokładności przebiegiem napięcia sinusoidalnego na wyjściu oraz czasem pracy ok. 17 minut przy obciążeniu 400 W dla zbiornika ze stopami wodorków metali. Skonstruowano system sterujący z funkcją akwizycji danych oparty na mikrokontrolerze AVR, którego zadaniem jest zarządzanie pracą zasilacza na podstawie pomiarów wielkości fizycznych UPS-a. Dane te posłużyły również do scharakteryzowania wykonanego zasilacza.Uninterruptible Power Supply (UPS) supplied by fuel cell and ultracapacitors has been constructed. UPS consists of 600 W polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM-FC) and two connected in series 110 F ultracapacitors. One of the main criteria for this project was creation of the on-line UPS. This means total isolation between the supplied loads and power network. The rated power of the supply is 500 W and there is accurate sinus on its output. Using the metal hydride tank UPS has an ability to work for 17 minutes at 400 W of the load but this time can be significantly increased by mounting of the pressure tank. Control and data acquisition system has been built. The system with AVR microcontroller manages the power supply using measurement data. These data have been also using to characterize the UPS

Technological aspects of turbogenerator bushing manufacturing

W artykule przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne i technologiczne wykonania izolatora przepustowego do turbogeneratora elektroenergetycznego średniego napięcia. Rozwią-zanie konstrukcyjne wykonano w oparciu o epoksydowy kompozyt lany. Izolatory te będą tańsze od ich importowanych odpowiedników. Wytworzenie izolatorów wymagało wykonania badań materiałowych parametrów elektrycznych, mechanicznych i cieplnych mających na celu optymalny dobór konstrukcji izolatorów oraz zagwarantowanie technologiczności wykonania przy wdrożeniu rozwiązania do produkcji. Przedstawiono zalety i wady tej technologii. Zaprezentowano wyniki badań materiałowych wykonanych na modelach i próbnych izolatorach. Stwierdzono przydatność wybranych materiałów i technologii do zastosowania w przewidywanej produkcji.The article presents a bushing technology implementation to turbo power. It was anticipated that the developed bushings would be cheaper than the imported ones. The body of the bushing was made of epoxy composite using a method of casting. For the optimal selection of the construction of insulators and to ensure manufacturability, the execution of prototypes of insulators needed a series of studies of material parameters (electrical, mechanical, thermal) and taking into account of the environmental policies, which is important in implementing solutions for large scale production. Advantages and disadvantages of this technology are presented. The results of material tests performed on the test model of the insulator are included. The usefulness of selected materials and technologies for the use in the production was asceratained

Unconventional energy sources and storages

Spalanie węgla dla uzyskania energii jest przyczyną znacznej degradacji środowiska naturalnego z tego powodu pojawiły się tendencje do zmniejszania udziału szkodliwych źródeł energii. Zanieczyszczenie środowiska w Polsce znacznie przekracza europejskie normy. Oczekuje się, że nowy trend w energetyce powinien spowodować wzrost wykorzystania nowych źródeł energii, które są mniej niebezpieczne dla środowiska. Ponadto światowe zasoby konwencjonalnych źródeł energii szybko kończą się. Odnawialne, czyste źródła energii takie jak: energia pozyskiwana z wodoru i biomasy, elektrownie wodne, energia wiatru i słońca zyskują na znaczeniu i w ogólnym bilansie energetycznym ich udział musi ciągle wzrastać. Nową filozofią rozwoju przemysłu energetycznego jest jego decentralizacja (energetyka rozproszona) gdzie dominować będzie duża liczba małych elektrowni położonych blisko użytkownika. Taka idea może być z sukcesem realizowana w Polsce powodując całkowitą samowystarczalność energetyczną.Burning of coal in energy production causes a considerable degradation of natural environment, hence a tendency occurs to move over to less harmful energy sources. The environment pollution in Poland is highly exceeding the European standards. A new trend should be expected towards to increase of using the raw materials which are less dangerous for the environment. Besides, world resources of conventional energy sources soon will finished. Renewable clean energy sources, such as hydrogen energy, water power, wind and solar energy gain on importance, and their share in overall energy balance must constantly increase. A new philosophy of the development of power industry is represented by the so called distributed (decentralized) power industry, consisting of a number of small power plants localized near and user. Such ideas can be successfully realized in Poland, ensuring complete power self-sufficiency