Развіццё і эканамічны аналіз вытворчасці вадароду электролізам цвёрдых аксідаў

Развіццё і эканамічны аналіз вытворчасці вадароду электролізам цвёрдых аксідаў

У цвёрдым аксідным электралізеры (SOE) для электролізу выкарыстоўваецца вадзяная пара з высокай тэмпературай (600 ~ 900°C), што з'яўляецца больш эфектыўным, чым шчолачны электралізер і электралізер PEM. У 1960-х гадах ЗША і Германія пачалі праводзіць даследаванні высокатэмпературнага вадзянога пара SOE. Прынцып працы электролізера SOE паказаны на малюнку 4. Перапрацаваны вадарод і вадзяная пара паступаюць у рэакцыйную сістэму з анода. Вадзяная пара электролізуецца ў вадарод на катодзе. O2, які выпрацоўваецца катодам, рухаецца праз цвёрды электраліт да анода, дзе рэкамбінуецца з адукацыяй кіслароду і вызваленнем электронаў.

У адрозненне ад шчолачных і пратонаабменных мембранных электралітычных элементаў, электрод SOE рэагуе на кантакт з вадзяной парай і сутыкаецца з праблемай максімальнага павелічэння плошчы інтэрфейсу паміж электродам і кантактам з вадзяной парай. Такім чынам, электрод SOE звычайна мае кіпрую структуру. Мэта электролізу вадзяной пары - знізіць энергаёмістасць і знізіць эксплуатацыйныя выдаткі звычайнага электролізу вадкай вады. Фактычна, хоць агульная энергетычная патрэба ў рэакцыі раскладання вады нязначна ўзрастае з павышэннем тэмпературы, патрэба ў электрычнай энергіі значна памяншаецца. Па меры павышэння тэмпературы электраліту частка неабходнай энергіі паступае ў выглядзе цяпла. SOE здольны вырабляць вадарод у прысутнасці высокатэмпературнага крыніцы цяпла. Паколькі высокатэмпературныя газаастуджаныя ядзерныя рэактары можна награваць да 950°C, ядзерная энергія можа быць выкарыстана ў якасці крыніцы энергіі для SOE. У той жа час даследаванне паказвае, што аднаўляльныя крыніцы энергіі, такія як геатэрмальная энергія, таксама маюць патэнцыял у якасці крыніцы цяпла паравога электролізу. Праца пры высокай тэмпературы можа знізіць напружанне батарэі і павялічыць хуткасць рэакцыі, але яна таксама сутыкаецца з праблемай тэрмічнай стабільнасці і герметычнасці матэрыялу. Акрамя таго, газ, які ўтвараецца на катодзе, уяўляе сабой вадародную сумесь, якую трэба дадаткова аддзяліць і ачысціць, што павялічвае кошт у параўнанні са звычайным электролізам вадкай вады. Выкарыстанне пратонправоднай керамікі, напрыклад цырконату стронцыю, зніжае кошт СОЭ. Цырконат стронцыю паказвае выдатную пратонную праводнасць пры тэмпературы каля 700°C і спрыяе выпрацоўцы катодам вадароду высокай чысціні, што спрашчае прыладу паравога электролізу.

Ян і інш. [6] паведамілі, што цырконіевая керамічная трубка, стабілізаваная аксідам кальцыя, выкарыстоўвалася ў якасці SOE апорнай структуры, вонкавая паверхня была пакрыта тонкім (менш за 0,25 мм) порыстым перовскитом лантана ў якасці анода і металакерамікай з стабільнага аксіду кальцыя Ni/Y2O3 у якасці катода. Пры тэмпературы 1000°C, 0,4 А/см2 і ўваходнай магутнасці 39,3 Вт магутнасць вытворчасці вадароду складае 17,6 НЛ/гадз. Недахопам SOE з'яўляецца перанапружанне, якое ўзнікае з-за вялікіх страт на Ом, што часта сустракаецца ў злучэннях паміж элементамі, і высокая канцэнтрацыя перанапружання з-за абмежаванняў дыфузійнага транспарту пароў. У апошнія гады вялікую ўвагу прыцягнулі плоскія электралітычныя ячэйкі [7-8]. У адрозненне ад трубчастых вочак, плоскія вочкі робяць вытворчасць больш кампактнай і павышаюць эфектыўнасць вытворчасці вадароду [6]. У цяперашні час галоўнай перашкодай для прамысловага прымянення SOE з'яўляецца доўгатэрміновая стабільнасць электралітычнай ячэйкі [8], і могуць узнікнуць праблемы старэння і дэзактывацыі электродаў.