Vordering en ekonomiese ontleding van waterstofproduksie deur elektrolise van vaste oksiede

Vordering en ekonomiese ontleding van waterstofproduksie deur elektrolise van vaste oksiede

Vaste oksied elektroliseerder (SOE) gebruik hoë temperatuur waterdamp (600 ~ 900°C) vir elektrolise, wat meer doeltreffend is as alkaliese elektrolisator en PEM elektroliseerder. In die 1960's het die Verenigde State en Duitsland navorsing begin doen oor hoë-temperatuur waterdamp SOE. Die werkingsbeginsel van SOE elektroliseerder word in Figuur 4 getoon. Herwinde waterstof en waterdamp kom die reaksiestelsel vanaf die anode binne. Die waterdamp word by die katode in waterstof geelektroliseer. Die O2 wat deur die katode geproduseer word, beweeg deur die soliede elektroliet na die anode, waar dit herkombineer om suurstof te vorm en elektrone vry te stel.

Anders as alkaliese en protonuitruilmembraan-elektrolitiese selle, reageer die SOE-elektrode met waterdampkontak en staar die uitdaging in die gesig om die koppelvlak-area tussen die elektrode en waterdampkontak te maksimeer. Daarom het die SOE-elektrode gewoonlik 'n poreuse struktuur. Die doel van waterdampelektrolise is om die energie-intensiteit te verminder en die bedryfskoste van konvensionele vloeibare waterelektrolise te verminder. Trouens, alhoewel die totale energiebehoefte van die waterontbindingsreaksie effens toeneem met toenemende temperatuur, neem die elektriese energiebehoefte aansienlik af. Soos die elektrolitiese temperatuur toeneem, word 'n deel van die benodigde energie as hitte voorsien. Die SOE is in staat om waterstof te produseer in die teenwoordigheid van 'n hoë-temperatuur hittebron. Aangesien hoë-temperatuur gasverkoelde kernreaktors tot 950°C verhit kan word, kan kernenergie as 'n energiebron vir die SOE gebruik word. Terselfdertyd toon die navorsing dat die hernubare energie soos geotermiese energie ook die potensiaal het as die hittebron van stoomelektrolise. Om by hoë temperatuur te werk, kan batteryspanning verminder en reaksietempo verhoog, maar dit staar ook die uitdaging van materiaal termiese stabiliteit en verseëling in die gesig. Daarbenewens is die gas wat deur die katode geproduseer word 'n waterstofmengsel, wat verder geskei en gesuiwer moet word, wat die koste verhoog in vergelyking met konvensionele vloeibare waterelektrolise. Die gebruik van protongeleidende keramiek, soos strontiumsirkonaat, verminder die koste van SOE. Strontiumsirkonaat toon uitstekende protongeleiding by ongeveer 700°C, en is bevorderlik vir die katode om hoë suiwer waterstof te produseer, wat die stoomelektrolise toestel vereenvoudig.

Yan et al. [6] berig dat sirkonium keramiekbuis gestabiliseer deur kalsiumoksied as SOE van ondersteunende struktuur gebruik is, die buitenste oppervlak was bedek met dun (minder as 0.25mm) poreuse lantaanperovskiet as anode, en Ni/Y2O3 stabiele kalsiumoksied kermet as katode. By 1000°C, 0.4A/cm2 en 39.3W insetkrag is die waterstofproduksievermoë van die eenheid 17.6NL/h. Die nadeel van SOE is die oorspanning wat voortspruit uit hoë ohm-verliese wat algemeen voorkom by die onderlinge verbindings tussen selle, en die hoë oorspanningkonsentrasie as gevolg van die beperkings van dampdiffusievervoer. In onlangse jare het vlakke elektrolitiese selle baie aandag getrek [7-8]. In teenstelling met buisselle, maak plat selle vervaardiging meer kompak en verbeter waterstofproduksiedoeltreffendheid [6]. Tans is die grootste struikelblok vir die industriële toepassing van SOE die langtermynstabiliteit van die elektrolitiese sel [8], en die probleme van elektrodeveroudering en deaktivering kan veroorsaak word.