Bərk oksidlərin elektrolizi ilə hidrogen istehsalının inkişafı və iqtisadi təhlili

Bərk oksidlərin elektrolizi ilə hidrogen istehsalının inkişafı və iqtisadi təhlili

Bərk oksid elektrolizatoru (SOE) elektroliz üçün yüksək temperaturlu su buxarından (600 ~ 900°C) istifadə edir ki, bu da qələvi elektrolizator və PEM elektrolizatorundan daha səmərəlidir. 1960-cı illərdə ABŞ və Almaniya yüksək temperaturlu su buxarı SOE üzərində tədqiqat aparmağa başladılar. SOE elektrolizatorunun iş prinsipi Şəkil 4-də göstərilmişdir. Təkrar emal edilmiş hidrogen və su buxarı anoddan reaksiya sisteminə daxil olur. Su buxarı katodda hidrogenə elektroliz edilir. Katodun yaratdığı O2 bərk elektrolitdən keçərək anoda doğru hərəkət edir, burada oksigen əmələ gətirmək və elektronları buraxmaq üçün yenidən birləşir.

Qələvi və proton mübadilə membranının elektrolitik hüceyrələrindən fərqli olaraq, SOE elektrodu su buxarı təması ilə reaksiya verir və elektrod ilə su buxarı təması arasındakı interfeys sahəsini maksimuma çatdırmaq problemi ilə üzləşir. Buna görə də, SOE elektrodu ümumiyyətlə məsaməli bir quruluşa malikdir. Su buxarı elektrolizinin məqsədi adi maye su elektrolizinin enerji intensivliyini azaltmaq və istismar xərclərini azaltmaqdır. Əslində, suyun parçalanması reaksiyasının ümumi enerji tələbatı temperaturun artması ilə bir qədər artsa da, elektrik enerjisi tələbatı əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Elektrolitik temperatur artdıqca tələb olunan enerjinin bir hissəsi istilik kimi verilir. SOE yüksək temperaturlu istilik mənbəyinin mövcudluğunda hidrogen istehsal etməyə qadirdir. Yüksək temperaturda qazla soyudulan nüvə reaktorları 950°C-ə qədər qızdırıla bildiyindən, nüvə enerjisi SOE üçün enerji mənbəyi kimi istifadə edilə bilər. Eyni zamanda tədqiqat göstərir ki, geotermal enerji kimi bərpa olunan enerji də buxar elektrolizinin istilik mənbəyi kimi potensiala malikdir. Yüksək temperaturda işləmək batareyanın gərginliyini azalda və reaksiya sürətini artıra bilər, lakin o, həm də materialın istilik sabitliyi və sızdırmazlığı problemi ilə üzləşir. Bundan əlavə, katod tərəfindən çıxarılan qaz hidrogen qarışığıdır, onu daha da ayırmaq və təmizləmək lazımdır, adi maye su elektrolizi ilə müqayisədə dəyəri artırır. Stronsium sirkonat kimi proton keçirici keramikadan istifadə SOE-nin maya dəyərini azaldır. Stronsium sirkonat təxminən 700 ° C-də əla proton keçiriciliyi göstərir və buxar elektroliz cihazını sadələşdirərək yüksək saflıqda hidrogen istehsal etmək üçün katod üçün əlverişlidir.

Yan və başqaları. [6], kalsium oksidi ilə stabilləşdirilmiş sirkon keramika borusunun dəstəkləyici strukturun SOE kimi istifadə edildiyini, xarici səthin anod kimi nazik (0,25 mm-dən az) məsaməli lantan perovskitlə və katod kimi Ni/Y2O3 stabil kalsium oksidi sermeti ilə örtüldüyünü bildirdi. 1000°C, 0,4A/sm2 və 39,3W giriş gücündə qurğunun hidrogen istehsal gücü 17,6NL/saat təşkil edir. SOE-nin dezavantajı hüceyrələr arasında qarşılıqlı əlaqədə ümumi olan yüksək ohm itkiləri nəticəsində yaranan həddindən artıq gərginlik və buxar diffuziyasının nəqlinin məhdudiyyətləri səbəbindən yüksək həddindən artıq gərginlik konsentrasiyasıdır. Son illərdə planar elektrolitik hüceyrələr böyük diqqəti cəlb etmişdir [7-8]. Boru hüceyrələrindən fərqli olaraq, düz hüceyrələr istehsalı daha yığcam edir və hidrogen istehsalının səmərəliliyini artırır [6]. Hal-hazırda SOE-nin sənaye tətbiqi üçün əsas maneə elektrolitik elementin uzunmüddətli dayanıqlığıdır [8] və elektrodların köhnəlməsi və deaktivasiyası problemlərinə səbəb ola bilər.