Framvinda og hagfræðileg greining á vetnisframleiðslu með rafgreiningu á föstu oxíðum

Framvinda og hagfræðileg greining á vetnisframleiðslu með rafgreiningu á föstu oxíðum

Fast oxíð rafgreiningartæki (SOE) notar háhita vatnsgufu (600 ~ 900°C) fyrir rafgreiningu, sem er skilvirkara en basískt rafgreiningartæki og PEM rafgreiningartæki. Á sjöunda áratugnum byrjuðu Bandaríkin og Þýskaland að stunda rannsóknir á háhitavatnsgufu SOE. Virkni SOE rafgreiningartækisins er sýnd á mynd 4. Endurunnið vetni og vatnsgufa fer inn í hvarfkerfið frá rafskautinu. Vatnsgufan er rafgreind í vetni við bakskautið. O2 sem framleitt er af bakskautinu fer í gegnum fasta raflausnina til rafskautsins, þar sem það sameinast aftur til að mynda súrefni og losa rafeindir.

Ólíkt basískum og róteindaskiptahimnu rafgreiningarfrumum, bregst SOE rafskautið við snertingu við vatnsgufu og stendur frammi fyrir þeirri áskorun að hámarka snertiflöt milli rafskautsins og vatnsgufusnertingar. Þess vegna hefur SOE rafskautið yfirleitt gljúpa uppbyggingu. Tilgangur rafgreiningar á vatnsgufu er að draga úr orkustyrk og draga úr rekstrarkostnaði við hefðbundna rafgreiningu á fljótandi vatni. Reyndar, þó að heildarorkuþörf vatnsbrotshvarfsins aukist lítillega með hækkandi hitastigi, minnkar raforkuþörfin verulega. Þegar rafgreiningarhitastigið eykst er hluti af orkunni sem þarf er afhent sem varmi. SOE er fær um að framleiða vetni í viðurvist háhitavarmagjafa. Þar sem hægt er að hita háhita gaskælda kjarnaofna í 950°C, er hægt að nota kjarnorku sem orkugjafa fyrir SOE. Jafnframt sýna rannsóknirnar að endurnýjanlega orkan eins og jarðhitinn hefur einnig möguleika sem varmauppspretta rafgreiningar á gufu. Notkun við háan hita getur dregið úr rafhlöðuspennu og aukið viðbragðshraða, en það stendur einnig frammi fyrir áskoruninni um hitastöðugleika og þéttingu efnisins. Að auki er gasið sem framleitt er af bakskautinu vetnisblanda, sem þarf að aðgreina og hreinsa frekar, sem eykur kostnaðinn samanborið við hefðbundna rafgreiningu á fljótandi vatni. Notkun róteindaleiðandi keramik, eins og strontíum zirconate, dregur úr kostnaði við SOE. Strontíumsirkonat sýnir framúrskarandi róteindaleiðni við um það bil 700°C og stuðlar að bakskautinu til að framleiða vetni með miklum hreinleika, sem einfaldar gufu rafgreiningarbúnaðinn.

Yan o.fl. [6] greint frá því að sirkon keramik rör stöðugt með kalsíumoxíði hafi verið notað sem SOE burðarvirki, ytra yfirborðið var húðað með þunnu (minna en 0,25 mm) gljúpu lanthanum perovskite sem rafskaut og Ni/Y2O3 stöðugt kalsíumoxíð cermet sem bakskaut. Við 1000°C, 0,4A/cm2 og 39,3W inntaksafl er vetnisframleiðslugeta einingarinnar 17,6NL/klst. Ókosturinn við SOE er ofspenna sem stafar af miklu ohm tapi sem er algengt við samtengingar milli frumna og hár yfirspennustyrkur vegna takmarkana á gufuflutningi. Á undanförnum árum hafa planar rafgreiningarfrumur vakið mikla athygli [7-8]. Öfugt við pípulaga frumur gera flatar frumur framleiðslu þéttari og bæta vetnisframleiðslu skilvirkni [6]. Sem stendur er helsta hindrunin fyrir iðnaðarbeitingu SOE langtímastöðugleiki rafgreiningarfrumunnar [8], og vandamál vegna öldrunar og óvirkjunar rafskauta geta stafað af.