Cynnydd a dadansoddiad economaidd o gynhyrchu hydrogen trwy electrolysis ocsidau solet

Cynnydd a dadansoddiad economaidd o gynhyrchu hydrogen trwy electrolysis ocsidau solet

Mae electrolyzer ocsid solid (SOE) yn defnyddio anwedd dŵr tymheredd uchel (600 ~ 900 ° C) ar gyfer electrolysis, sy'n fwy effeithlon nag electrolyzer alcalïaidd ac electrolyzer PEM. Yn y 1960au, dechreuodd yr Unol Daleithiau a'r Almaen gynnal ymchwil ar SOE anwedd dŵr tymheredd uchel. Dangosir egwyddor weithredol electrolyzer SOE yn Ffigur 4. Mae hydrogen wedi'i ailgylchu ac anwedd dŵr yn mynd i mewn i'r system adwaith o'r anod. Mae'r anwedd dŵr yn cael ei electrolyzed i hydrogen yn y catod. Mae'r O2 a gynhyrchir gan y catod yn symud drwy'r electrolyt solet i'r anod, lle mae'n ailgyfuno i ffurfio ocsigen a rhyddhau electronau.

Yn wahanol i gelloedd electrolytig bilen cyfnewid alcalïaidd a phroton, mae'r electrod SOE yn adweithio â chyswllt anwedd dŵr ac yn wynebu'r her o wneud y mwyaf o'r ardal rhyngwyneb rhwng yr electrod a chyswllt anwedd dŵr. Felly, yn gyffredinol mae gan yr electrod SOE strwythur hydraidd. Pwrpas electrolysis anwedd dŵr yw lleihau'r dwysedd ynni a lleihau cost gweithredu electrolysis dŵr hylif confensiynol. Mewn gwirionedd, er bod cyfanswm gofyniad ynni'r adwaith dadelfennu dŵr yn cynyddu ychydig gyda thymheredd cynyddol, mae'r gofyniad ynni trydanol yn gostwng yn sylweddol. Wrth i'r tymheredd electrolytig gynyddu, mae rhan o'r ynni sydd ei angen yn cael ei gyflenwi fel gwres. Mae'r SOE yn gallu cynhyrchu hydrogen ym mhresenoldeb ffynhonnell wres tymheredd uchel. Gan y gellir gwresogi adweithyddion niwclear tymheredd uchel sy'n cael eu hoeri â nwy i 950 ° C, gellir defnyddio ynni niwclear fel ffynhonnell ynni ar gyfer yr SOE. Ar yr un pryd, mae'r ymchwil yn dangos bod gan yr ynni adnewyddadwy fel ynni geothermol hefyd y potensial fel ffynhonnell wres electrolysis stêm. Gall gweithredu ar dymheredd uchel leihau foltedd batri a chynyddu cyfradd adwaith, ond mae hefyd yn wynebu her sefydlogrwydd thermol materol a selio. Yn ogystal, mae'r nwy a gynhyrchir gan y catod yn gymysgedd hydrogen, y mae angen ei wahanu a'i buro ymhellach, gan gynyddu'r gost o'i gymharu ag electrolysis dŵr hylif confensiynol. Mae'r defnydd o serameg sy'n dargludo proton, fel strontiwm zirconate, yn lleihau cost SOE. Mae strontiwm zirconate yn dangos dargludedd proton rhagorol ar tua 700 ° C, ac mae'n ffafriol i'r catod gynhyrchu hydrogen purdeb uchel, gan symleiddio'r ddyfais electrolysis stêm.

Roedd Yan et al. [6] adroddwyd bod tiwb ceramig zirconia wedi'i sefydlogi gan galsiwm ocsid yn cael ei ddefnyddio fel SOE o strwythur ategol, roedd yr wyneb allanol wedi'i orchuddio â lanthanum perovskite mandyllog tenau (llai na 0.25mm) fel anod, a cermet calsiwm ocsid sefydlog Ni/Y2O3 fel catod. Ar bŵer mewnbwn 1000 ° C, 0.4A / cm2 a 39.3W, cynhwysedd cynhyrchu hydrogen yr uned yw 17.6NL / h. Anfantais SOE yw'r gorfoltedd sy'n deillio o golledion ohm uchel sy'n gyffredin yn y rhyng-gysylltiadau rhwng celloedd, a'r crynodiad gorfoltedd uchel oherwydd cyfyngiadau trafnidiaeth trylediad anwedd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae celloedd electrolytig planar wedi denu llawer o sylw [7-8]. Mewn cyferbyniad â chelloedd tiwbaidd, mae celloedd gwastad yn gwneud gweithgynhyrchu'n fwy cryno ac yn gwella effeithlonrwydd cynhyrchu hydrogen [6]. Ar hyn o bryd, y prif rwystr i gymhwysiad diwydiannol SOE yw sefydlogrwydd hirdymor y gell electrolytig [8], a gall problemau heneiddio electrod a dadactifadu gael eu hachosi.