پژوهشگاه نیرو به عنوان قطب پیل‌سوختی اکسید جامد کشور، هم‌راستا با اهداف سند راهبرد ملی پیل‌سوختی، پروژه «طراحی و ساخت استک 100 وات پیل‌سوختی اکسیدجامد با هدف تدوین دانش فنی اتصال دهنده‌های داخلی و آب‌بندها» را با حمایت سازمان انرژی‌های نو از سال 89 آغاز نمود. هدف اصلی در این پروژه ساخت یک استک پیل‌سوختی اکسید جامد با توانایی تولید توان معادل 100 وات بود. این استک پس از سه سال تلاش مداوم محققین پژوهشگاه نیرو، همزمان با جشنواره دستاوردهای ستاد انرژی‌های نو توسط رئیس‌جمهور رونمایی شد. لازم به ذکر است پژوهشگاه نیرو در سال 88 پروژه طراحی و ساخت تک پیل‌سوختی اکسید جامد، را با موفقیت پشت سرگذاشت. در این پروژه اولین نمونه تک پیل‌سوختی اکسیدجامد کشور که مهم‌ترین بخش سامانه‌های تولید توان پیل‌سوختی اکسید جامد است با موفقیت و با کیفیت قابل رقابت با نمونه‌های تجاری موجود ساخته شد. طراحی این استک کاملاً علمی و بر مبنای دانش روز و روش‌های مدل‌سازی و شبیه‌سازی جدید می‌باشد. بنا بر گفته مدیر پروژه، برای طراحی استک، در ابتدا مطالعات گسترده‌ای بر روی فعالیت‌های انجام شده در زمینه ساخت استک پیل‌سوختی اکسید جامد در موسسات مختلف جهان انجام شد. سپس با توجه به اطلاعات به‌دست آمده، یک طراحی مفهومی برای استک مورد نظر انجام شد. در این طراحی مفهومی در ابتدا با توجه به چگالی توان در نظر گرفته شده برای سل‌ها، توان نهایی استک، دبی گازهای واکنشگر و ... یک طرح کلی از لحاظ ابعاد و تعداد طبقات استک به دست آمد. در مرحله بعد، با استفاده از روش‌های شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم افزار fluent عملکرد طراحی‌های مختلف استک مورد بررسی قرار گرفت و از این میان طراحی با بالاترین توان خروجی انتخاب شد. در گام بعد بر مبنای طراحی انتخاب شده، سعی شد تا به منظور افزایش هرچه بیشتر توان خروجی با استفاده از شبیه‌سازی عددی این طراحی بهینه گردد. پس از مشخص شدن طرح نهایی استک با توجه به نتایج شبیه‌سازی، نمونه‌های واقعی این طرح ساخته شدند. با توجه به دمای کاری بالای پیل‌های سوختی اکسید جامد، انتخاب مواد برای اجزای مختلف استک از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای ساخت استک انتخاب مواد برای 5 جز اصلی بایستی انجام می‌گرفت: آند، الکترولیت، کاتد، اتصال‌دهنده داخلی و آب‌بند. برای انتخاب مواد این اجزا علاوه بر کارایی و مقاومت دمایی بالا پارامترهایی از قبیل دردسترس بودن، هزینه تولید پایین و ... مدنظر قرار گرفت. پس از تعیین مواد مناسب برای اجزای مختلف به طور موازی بایستی روش‌های ساخت سازگار با این مواد برای ساخت این اجزا نیز انتخاب می‌شدند. برای انتخاب روش‌های ساخت پارامترهایی نظیر در دسترس بودن، سهولت و هزینه کم، امکان تولید در مقیاس وسیع و قابلیت مکانیزه کردن روش و کنترل آسان، مورد توجه بود. مهندس محبی مدیر پروژه ساخت استک 100 وات پیل‌سوختی اکسید جامد، آب‌بندی استک را یکی از چالش‌های اصلی در ساخت استک عنوان نمود و خاطرنشان ساخت: «عدم آب‌بندی مناسب علاوه بر کاهش شدید کارایی استک، به دلیل دمای بالای کارکرد و وجود هیدروژن، بسیار خطرناک است. به همین منظور بر اساس مطالعات، مواد مختلفی به‌عنوان آب‌بند ساخته و مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات بسیار بر روی این مواد انجام شد که در آنها توانایی آب‌بند ساخته شده برای حفظ فشار، پایداری آب‌بند تحت شرایط احیایی و اکسیدی، سازگاری فیزیکی و شیمیایی با سایر اجزای استک و قابلیت اجرا در طراحی انجام شده، ارزیابی گردید و در نهایت یک آب‌بند شیشه‌ای پایه سیلیکاتی به‌عنوان گزینه مناسب انتخاب شد. در ادامه با اصلاح ترکیب این شیشه کارایی آن برای استفاده در استک پیل‌سوختی اکسیدجامد بهبود داده شد. به منظور اطمینان از عملکرد آب‌بند ساخته شده، آزمون‌های عملکردی 100 ساعته‌ای طراحی و اجرا شد که طی آن آب‌بند تحت شرایط واقعی در دمای 800 درجه سانتیگراد و تحت فشار گازهای هیدروژن و اکسیژن قرار می‌گرفت. نتایج این آزمون‌ها نشان داد که آب‌بندهای ساخته شده با موفقیت می‌توانند در زمان‌های طولانی وظیفه آب‌بندی خود را به خوبی انجام دهند. در حقیقت دستیابی به دانش فنی ساخت آب‌بندهای دما بالا یکی از دستاوردهای مهم این پروژه است.» با توجه به تجربه بسیار خوب این گروه، تک‌سل‌های مورد نیاز استک با ابعاد و شکل مورد نظر ساخته شدند که جزییات مواد و روش‌های به کار رفته برای ساخت اجزای سل در جدول 1 نشان داده شده است. به منظور ساخت صفحات اتصال دهنده داخلی به دلیل مشکلاتی که در زمینه تهیه فولاد Crofer وجود داشت با بررسی فولادهای مختلف فولاد زنگ نزن 430 به عنوان فولاد جایگزین انتخاب و مورد استفاده قرار گرفت. جهت ساخت صفحات اتصال دهنده داخلی بر مبنای طراحی انجام شده از ماشین‌کاری استفاده گردید. جدول1:مواد و روش های ساخت به کار رفته در استک 100 وات بر مبنای طراحی انجام شده استک 100 وات، از 5 واحد با سطح فعال 100 سانتی‌مترمربع تشکیل شده و هر یک از این واحدها متشکل از سل، صفحه اتصال دهنده داخلی و آب‌بند هستند. با قرار دادن واحدهای تشکیل دهنده استک بر روی هم، استک آماده انجام آزمون‌های عملکردی گردید. به منظور انجام این آزمون‌ها، بستر تستی متشکل از کوره، نشیمنگاه استک، و لوله‌های گازرسانی طراحی و ساخته شد. آزمون‌های عملکردی استک با استفاده از دستگاه‌های WonaTech و Autolab انجام شد. عملکرد استک با استفاده از نمودارهای I-V و نمودارهای امپدانس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که حداکثر توان به دست آمده از این استک 100 وات در جریان40 آمپر می‌باشد. جدول2: مشخصات استک ساخته شده