Τις τελευταίες δεκαετίες, η επιστημονική έρευνα στον ενεργειακό τομέα έχει
επικεντρωθεί στη χρήση αειφόρων πηγών ενέργειας, αναπτύσσοντας παράλληλα νέα,
αποδοτικότερα συστήματα παραγωγής ενέργειας. Οι κυψέλες καυσίμων είναι γαλβανικά στοιχεία
που χρησιμοποιούνται στην ηλεκτροχημική μετατροπή ενέργειας, και ήδη μελετώνται και
εφαρμόζονται ως μια πολλά υποσχόμενη λύση. Μία πρακτική πρόκληση στην εφαρμογή αυτών των
συσκευών σε μεγάλη κλίμακα είναι η κλιμάκωση, το κόστος και η πολυπλοκότητα της κατασκευής
τους. Μια προτεινόμενη κατασκευαστική λύση είναι η ανάπτυξη τεχνικών εκτύπωσης για την
κατασκευή ηλεκτροδίων ως λεπτά υμένια κυψελών καυσίμου. Στην παρούσα μελέτη, η χρήση της
εκτύπωσης ψεκασμού μελάνης προτείνεται ως μέθοδος εναπόθεσης για την κατασκευή
ηλεκτροδίων, ωστόσο, λόγω της καινοτομίας αυτής της τεχνικής, περαιτέρω έρευνα είναι
απαραίτητη για τη βελτιστοποίηση της ανάπτυξης της μελάνης και της εναπόθεσης των υμενίων
των υλικών που χρησιμοποιούνται στις κυψέλες καυσίμου. Η κύρια πρόκληση αυτής της
διεπιστημονικής μελέτης για την ανάπτυξης της μελάνης βρίσκεται στην παραγωγή αιωρημάτων με
σύνθετα οξείδια μετάλλων, που να παραμένουν σταθερά κατά την πάροδο του χρόνου αλλά και να
είναι εκτυπώσιμα μέσω εκτύπωσης ψεκασμού. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται η μελέτη
των υλικών κυψελών καυσίμου και τυποποιημένων εναιωρημάτων. Ειδικότερα, αυτή η διατριβή
περιλαμβάνει αποτελέσματα από την ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των αιωρημάτων των
νανοσωματιδίων οξειδίων μετάλλου, όπως συσσωμάτωση σωματιδίων, σταθερότητα των
αιωρημάτων, δοκιμές διάρκειας ζωής, θερμική αποδόμηση, ρεολογικά χαρακτηριστικά εξαρτώμενα
από τη θερμοκρασία, επιφανειακή τάση και αλληλεπιδράσεις μεταξύ μελάνης και υποστρώματος.
Οι ιδιότητες αυτές είναι σημαντικές κατά την ανάπτυξη των αιωρημάτων σωματιδίων για την
χρήση τους ως μελάνη στην παρασκευή εκτυπωμένων κυψελών καυσίμου.
(EL)
For the past decades scientific research in the energy sector has been focused on
utilization of sustainable energy sources, while developing new and more efficient energy
production systems. Fuel cells are galvanic cells capable of electrochemical energy conversion, and
are currently being studied and implemented as a promising solution. One major issue for large
scale application of these devices is scalability, cost and complexity of fabrication. A proposed
manufacturing solution is the deployment of printing techniques to fabricate thin film electrodes of
fuel cells. In this study, the use of inkjet printing is considered as a deposition method for electrodes
fabrication, however, due to the novelty of this technique, additional research is needed for the
optimisation of ink development and film deposition of materials used in fuel cells. Currently, the
main challenge of this interdisciplinary study on ink development is to produce suspensions of these
complex metal oxides, that can be both stable over time and inkjet printable. Here, the study of fuel
cell materials and formulated suspensions is presented. More specifically this thesis will include
results on the development and optimisation of oxide nanoparticle suspensions, such as
agglomeration of particles, suspension stability, storage tests, thermal degradation, temperature
dependent rheological characteristics, surface tension, and ink-to-substrate interactions. Such
properties are of great importance when formulating particle suspensions to be used as inks in the
fabrication of printed fuel cells.
(EN)
University of Crete
