წყალბადის წარმოების პროგრესი და ეკონომიკური ანალიზი მყარი ოქსიდების ელექტროლიზით

წყალბადის წარმოების პროგრესი და ეკონომიკური ანალიზი მყარი ოქსიდების ელექტროლიზით

მყარი ოქსიდის ელექტროლიზატორი (SOE) იყენებს მაღალი ტემპერატურის წყლის ორთქლს (600 ~ 900°C) ელექტროლიზისთვის, რაც უფრო ეფექტურია ვიდრე ტუტე ელექტროლიზატორი და PEM ელექტროლიზატორი. 1960-იან წლებში შეერთებულმა შტატებმა და გერმანიამ დაიწყეს კვლევების ჩატარება მაღალი ტემპერატურის წყლის ორთქლის SOE-ზე. SOE ელექტროლიზატორის მუშაობის პრინციპი ნაჩვენებია ნახაზზე 4. რეციკლირებული წყალბადი და წყლის ორთქლი ანოდიდან შედის რეაქციის სისტემაში. წყლის ორთქლი ელექტროლიზდება წყალბადად კათოდში. კათოდის მიერ გამომუშავებული O2 მყარი ელექტროლიტის მეშვეობით გადადის ანოდში, სადაც ის ხელახლა აერთიანებს ჟანგბადის წარმოქმნას და ელექტრონების გამოყოფას.

ტუტე და პროტონების გაცვლის მემბრანის ელექტროლიტური უჯრედებისგან განსხვავებით, SOE ელექტროდი რეაგირებს წყლის ორთქლის კონტაქტთან და აწყდება ელექტროდსა და წყლის ორთქლის კონტაქტს შორის ინტერფეისის არეალის მაქსიმალურად გაზრდის გამოწვევას. ამრიგად, SOE ელექტროდს ზოგადად აქვს ფოროვანი სტრუქტურა. წყლის ორთქლის ელექტროლიზის მიზანია ენერგიის ინტენსივობის შემცირება და ჩვეულებრივი თხევადი წყლის ელექტროლიზის ოპერაციული ღირებულების შემცირება. სინამდვილეში, მიუხედავად იმისა, რომ წყლის დაშლის რეაქციის მთლიანი ენერგიის მოთხოვნილება ოდნავ იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ელექტროენერგიის მოთხოვნილება მნიშვნელოვნად მცირდება. ელექტროლიტური ტემპერატურის მატებასთან ერთად, საჭირო ენერგიის ნაწილი მიეწოდება სითბოს სახით. SOE-ს შეუძლია წყალბადის გამომუშავება მაღალი ტემპერატურის სითბოს წყაროს თანდასწრებით. ვინაიდან მაღალი ტემპერატურის გაზით გაცივებული ბირთვული რეაქტორები შეიძლება გაცხელდეს 950°C-მდე, ბირთვული ენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ენერგიის წყარო SOE-სთვის. ამავდროულად, კვლევა აჩვენებს, რომ განახლებად ენერგიას, როგორიცაა გეოთერმული ენერგია, ასევე აქვს ორთქლის ელექტროლიზის სითბოს წყაროს პოტენციალი. მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობას შეუძლია შეამციროს ბატარეის ძაბვა და გაზარდოს რეაქციის სიჩქარე, მაგრამ მას ასევე ემუქრება მასალის თერმული სტაბილურობა და დალუქვა. გარდა ამისა, კათოდის მიერ წარმოებული გაზი არის წყალბადის ნარევი, რომელიც საჭიროებს შემდგომ გამოყოფას და გაწმენდას, რაც გაზრდის ღირებულებას ჩვეულებრივი თხევადი წყლის ელექტროლიზთან შედარებით. პროტონგამტარი კერამიკის გამოყენება, როგორიცაა სტრონციუმის ცირკონატი, ამცირებს SOE-ს ღირებულებას. სტრონციუმის ცირკონატი აჩვენებს პროტონების შესანიშნავ გამტარობას დაახლოებით 700°C ტემპერატურაზე და ხელს უწყობს კათოდს მაღალი სისუფთავის წყალბადის წარმოებისთვის, რაც ამარტივებს ორთქლის ელექტროლიზის მოწყობილობას.

იანმა და სხვებმა. [6] იტყობინება, რომ კალციუმის ოქსიდით სტაბილიზირებული ცირკონიის კერამიკული მილი გამოიყენებოდა როგორც დამხმარე სტრუქტურის SOE, გარე ზედაპირი დაფარული იყო თხელი (0,25 მმ-ზე ნაკლები) ფოროვანი ლანთანუმის პეროვსკიტით, როგორც ანოდი, და Ni/Y2O3 სტაბილური კალციუმის ოქსიდის ცერმეტი, როგორც კათოდი. 1000°C ტემპერატურაზე, 0.4A/cm2 და 39.3W შეყვანის სიმძლავრე, დანაყოფის წყალბადის წარმოების სიმძლავრეა 17.6NL/სთ. SOE-ს მინუსი არის ზედმეტი ძაბვა, რომელიც გამოწვეულია ომების მაღალი დანაკარგებით, რომლებიც ხშირია უჯრედებს შორის ურთიერთკავშირში, და მაღალი ძაბვის კონცენტრაცია ორთქლის დიფუზიური ტრანსპორტის შეზღუდვების გამო. ბოლო წლებში, პლანტურმა ელექტროლიტურმა უჯრედებმა დიდი ყურადღება მიიპყრო [7-8]. მილაკოვანი უჯრედებისგან განსხვავებით, ბრტყელი უჯრედები წარმოებას უფრო კომპაქტურს ხდის და აუმჯობესებს წყალბადის წარმოების ეფექტურობას [6]. ამჟამად, SOE-ს სამრეწველო გამოყენებისთვის მთავარი დაბრკოლება არის ელექტროლიტური უჯრედის გრძელვადიანი სტაბილურობა [8] და შეიძლება გამოწვეული იყოს ელექტროდის დაბერების და დეაქტივაციის პრობლემები.