Պինդ օքսիդների էլեկտրոլիզով ջրածնի արտադրության առաջընթաց և տնտեսական վերլուծություն

Պինդ օքսիդների էլեկտրոլիզով ջրածնի արտադրության առաջընթաց և տնտեսական վերլուծություն

Պինդ օքսիդի էլեկտրոլիզատորը (SOE) էլեկտրոլիզման համար օգտագործում է բարձր ջերմաստիճանի ջրային գոլորշի (600 ~ 900°C), որն ավելի արդյունավետ է, քան ալկալային էլեկտրոլիզատորը և PEM էլեկտրոլիզատորը: 1960-ական թվականներին ԱՄՆ-ը և Գերմանիան սկսեցին հետազոտություններ կատարել բարձր ջերմաստիճանի ջրային գոլորշու SOE-ի վերաբերյալ: SOE էլեկտրոլիզատորի աշխատանքի սկզբունքը ներկայացված է Նկար 4-ում: Վերամշակված ջրածինը և ջրային գոլորշին անոդից մտնում են ռեակցիայի համակարգ: Ջրային գոլորշին կաթոդում էլեկտրոլիզվում է ջրածնի: Կաթոդի կողմից արտադրված O2-ը պինդ էլեկտրոլիտի միջով շարժվում է դեպի անոդ, որտեղ այն վերամիավորվում է՝ ձևավորելով թթվածին և ազատում էլեկտրոններ։

Ի տարբերություն ալկալային և պրոտոնափոխանակման թաղանթների էլեկտրոլիտիկ բջիջների, SOE էլեկտրոդը արձագանքում է ջրային գոլորշիների շփմանը և բախվում է էլեկտրոդի և ջրի գոլորշու շփման միջև միջերեսային տարածքը առավելագույնի հասցնելու մարտահրավերին: Հետեւաբար, SOE էլեկտրոդը ընդհանուր առմամբ ունի ծակոտկեն կառուցվածք: Ջրային գոլորշիների էլեկտրոլիզի նպատակն է նվազեցնել էներգիայի ինտենսիվությունը և նվազեցնել սովորական հեղուկ ջրի էլեկտրոլիզի գործառնական արժեքը: Իրականում, թեև ջրի տարրալուծման ռեակցիայի էներգիայի ընդհանուր պահանջը մի փոքր ավելանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, էլեկտրական էներգիայի պահանջը զգալիորեն նվազում է: Երբ էլեկտրոլիտիկ ջերմաստիճանը մեծանում է, պահանջվող էներգիայի մի մասը մատակարարվում է որպես ջերմություն: SOE-ն ի վիճակի է արտադրել ջրածին բարձր ջերմաստիճան ջերմության աղբյուրի առկայության դեպքում: Քանի որ բարձր ջերմաստիճանով գազով հովացվող միջուկային ռեակտորները կարող են ջեռուցվել մինչև 950°C, միջուկային էներգիան կարող է օգտագործվել որպես էներգիայի աղբյուր SOE-ի համար: Միևնույն ժամանակ, հետազոտությունը ցույց է տալիս, որ վերականգնվող էներգիան, ինչպիսին է երկրաջերմային էներգիան, նույնպես ունի գոլորշու էլեկտրոլիզի ջերմության աղբյուր: Բարձր ջերմաստիճանում աշխատելը կարող է նվազեցնել մարտկոցի լարումը և մեծացնել ռեակցիայի արագությունը, սակայն այն նաև բախվում է նյութի ջերմային կայունության և կնքման հետ կապված խնդրին: Բացի այդ, կաթոդի կողմից արտադրվող գազը ջրածնի խառնուրդ է, որը պետք է հետագայում առանձնացվի և զտվի՝ թանկացնելով սովորական հեղուկ ջրի էլեկտրոլիզի արժեքը: Պրոտոն հաղորդիչ կերամիկայի օգտագործումը, ինչպիսին է ստրոնցիումի ցիրկոնատը, նվազեցնում է SOE-ի արժեքը: Ստրոնցիումի ցիրկոնատը ցույց է տալիս գերազանց պրոտոնային հաղորդունակություն մոտ 700°C ջերմաստիճանում և նպաստում է կաթոդին բարձր մաքրության ջրածին արտադրելու համար՝ հեշտացնելով գոլորշու էլեկտրոլիզի սարքը:

Յան և այլք։ [6] հաղորդում է, որ կալցիումի օքսիդով կայունացված ցիրկոնե կերամիկական խողովակը օգտագործվել է որպես օժանդակ կառուցվածքի SOE, արտաքին մակերեսը պատված է բարակ (0,25 մմ-ից պակաս) ծակոտկեն լանթանի պերովսկիտով որպես անոդ, և Ni/Y2O3 կայուն կալցիումի օքսիդի կերամետով՝ որպես կաթոդ։ 1000°C, 0.4A/cm2 և 39.3W մուտքային հզորության դեպքում միավորի ջրածնի արտադրության հզորությունը 17.6NL/ժ է: SOE-ի թերությունն այն գերլարումն է, որն առաջանում է օհմի բարձր կորուստներից, որոնք սովորական են բջիջների միջև փոխկապակցման ժամանակ, և գերլարման բարձր կոնցենտրացիան գոլորշիների դիֆուզիոն տեղափոխման սահմանափակումների պատճառով: Վերջին տարիներին հարթ էլեկտրոլիտիկ բջիջները մեծ ուշադրություն են գրավել [7-8]: Ի տարբերություն խողովակային բջիջների, հարթ բջիջները արտադրությունն ավելի կոմպակտ են դարձնում և բարելավում ջրածնի արտադրության արդյունավետությունը [6]: Ներկայումս SOE-ի արդյունաբերական կիրառման հիմնական խոչընդոտը էլեկտրոլիտիկ բջիջի երկարաժամկետ կայունությունն է [8], և կարող են առաջանալ էլեկտրոդների ծերացման և ապաակտիվացման խնդիրներ։