Қатты оксидтердің электролизі арқылы сутегін алудың барысы және экономикалық талдауы
Қатты оксидті электролизер (ҚТҚ) электролиз үшін жоғары температуралы су буын (600 ~ 900°C) пайдаланады, ол сілтілі электролизер мен PEM электролизеріне қарағанда тиімдірек. 1960 жылдары АҚШ пен Германия жоғары температуралы су буының SOE бойынша зерттеулер жүргізе бастады. SOE электролизерінің жұмыс принципі 4-суретте көрсетілген. Қайта өңделген сутегі мен су буы реакция жүйесіне анодтан түседі. Су буы катодта сутегіге электролизденеді. Катод шығаратын O2 қатты электролит арқылы анодқа жылжиды, онда ол оттегін қалыптастыру және электрондарды босату үшін қайта біріктіріледі.
Сілтілік және протон алмасу мембранасының электролиттік жасушаларынан айырмашылығы, SOE электроды су буының контактісімен әрекеттеседі және электрод пен су буының контактісі арасындағы интерфейс аймағын барынша арттыру мәселесіне тап болады. Сондықтан SOE электроды жалпы кеуекті құрылымға ие. Су буының электролизінің мақсаты әдеттегі сұйық су электролизінің энергия сыйымдылығын төмендету және пайдалану құнын төмендету болып табылады. Шындығында, судың ыдырау реакциясының жалпы энергия қажеттілігі температураның жоғарылауымен аздап артқанымен, электр энергиясына қажеттілік айтарлықтай төмендейді. Электролиттік температура жоғарылаған сайын қажетті энергияның бір бөлігі жылу түрінде беріледі. СОЭ жоғары температуралы жылу көзі болған кезде сутегін өндіруге қабілетті. Жоғары температуралы газбен салқындатылған ядролық реакторларды 950°С-қа дейін қыздыруға болатындықтан, ядролық энергияны ЖЭО үшін энергия көзі ретінде пайдалануға болады. Сонымен қатар, зерттеулер геотермалдық энергия сияқты жаңартылатын энергияның бу электролизінің жылу көзі ретінде де әлеуеті бар екенін көрсетеді. Жоғары температурада жұмыс істеу аккумулятордың кернеуін төмендетуі және реакция жылдамдығын арттыруы мүмкін, бірақ ол сонымен қатар материалдың термиялық тұрақтылығы мен тығыздалу мәселесіне тап болады. Сонымен қатар, катодпен өндірілетін газ сутегі қоспасы болып табылады, оны одан әрі бөлу және тазарту қажет, бұл әдеттегі сұйық су электролизімен салыстырғанда құнын арттырады. Стронций цирконаты сияқты протон өткізгіш керамикаларды пайдалану SOE құнын төмендетеді. Стронций цирконаты шамамен 700°C температурада тамаша протон өткізгіштігін көрсетеді және бу электролизі құрылғысын жеңілдете отырып, жоғары таза сутегін алу үшін катодқа қолайлы.
Ян және т.б. [6] кальций оксидімен тұрақтандырылған цирконий керамикалық түтік тірек құрылымының SOE ретінде пайдаланылғанын, сыртқы беті анод ретінде жұқа (0,25 мм-ден аз) кеуекті лантан перовскитімен және катод ретінде Ni/Y2O3 тұрақты кальций оксиді керметімен қапталғанын хабарлады. 1000°C, 0,4А/см2 және 39,3 Вт кіріс қуаты кезінде қондырғының сутегі өндіру қуаты 17,6НЛ/сағ. SOE кемшілігі ұяшықтар арасындағы өзара байланыста жиі кездесетін жоғары ом жоғалтуларының нәтижесінде пайда болатын асқын кернеу және будың диффузиялық тасымалдануының шектеулеріне байланысты асқын кернеудің жоғары концентрациясы болып табылады. Соңғы жылдары жазық электролиттік жасушалар көп назар аударды [7-8]. Құбырлы жасушалардан айырмашылығы, жалпақ жасушалар өндірісті ықшамдайды және сутегі өндірісінің тиімділігін арттырады [6]. Қазіргі уақытта SOE-ны өнеркәсіпте қолданудың негізгі кедергісі электролиттік элементтің ұзақ мерзімді тұрақтылығы болып табылады [8] және электродтардың ескіруі және дезактивациясының проблемалары туындауы мүмкін.
Жіберу уақыты: 06 ақпан 2023 ж