Напредок и економска анализа на производството на водород со електролиза на цврсти оксиди

Напредок и економска анализа на производството на водород со електролиза на цврсти оксиди

Електролизаторот со цврст оксид (SOE) користи водена пареа со висока температура (600 ~ 900°C) за електролиза, што е поефикасно од алкалниот електролизатор и PEM електролизаторот. Во 1960-тите, Соединетите Американски Држави и Германија почнаа да спроведуваат истражување за SOE на висока температура на водена пареа. Принципот на работа на SOE електролизаторот е прикажан на слика 4. Рециклиран водород и водена пареа влегуваат во системот за реакција од анодата. Водената пареа се електролизира во водород на катодата. О2 произведен од катодата се движи низ цврстиот електролит до анодата, каде што се рекомбинира за да формира кислород и да ослободи електрони.

За разлика од алкалните и електролитичките ќелии со мембрана за размена на протони, SOE електродата реагира со контакт на водена пареа и се соочува со предизвикот да ја максимизира површината на интерфејсот помеѓу електродата и контактот на водена пареа. Затоа, електродата SOE генерално има порозна структура. Целта на електролизата на водена пареа е да се намали енергетскиот интензитет и да се намалат трошоците за работа на конвенционалната електролиза на течна вода. Всушност, иако вкупната потреба од енергија на реакцијата на распаѓање на водата се зголемува малку со зголемување на температурата, потребата за електрична енергија значително се намалува. Како што се зголемува електролитичката температура, дел од потребната енергија се снабдува како топлина. SOE е способен да произведува водород во присуство на извор на топлина со висока температура. Бидејќи нуклеарните реактори со гасно ладење на висока температура може да се загреат до 950°C, нуклеарната енергија може да се користи како извор на енергија за SOE. Истовремено, истражувањето покажува дека обновливата енергија како што е геотермалната енергија има и потенцијал како извор на топлина за електролиза на пареа. Работењето на висока температура може да го намали напонот на батеријата и да ја зголеми брзината на реакција, но исто така се соочува со предизвикот на термичка стабилност и запечатување на материјалот. Покрај тоа, гасот произведен од катодата е водородна смеса, која треба дополнително да се одвои и прочисти, зголемувајќи ја цената во споредба со конвенционалната електролиза на течна вода. Употребата на керамика што спроведува протони, како што е стронциум цирконат, ги намалува трошоците за SOE. Стронциум цирконат покажува одлична протонска спроводливост на околу 700°C и е погодна за катодата да произведува водород со висока чистота, поедноставувајќи го уредот за електролиза на пареа.

Јан и сор. [6] објави дека циркониска керамичка цевка стабилизирана со калциум оксид била користена како SOE на потпорната структура, надворешната површина била обложена со тенок (помалку од 0,25 mm) порозен перовскит на лантан како анода, и Ni/Y2O3 стабилен кермет од калциум оксид како катода. На 1000°C, 0,4A/cm2 и влезна моќност од 39,3W, капацитетот за производство на водород на единицата е 17,6NL/h. Недостаток на SOE е пренапонот што произлегува од високите загуби на омови кои се вообичаени на меѓусебните врски помеѓу ќелиите и високата концентрација на пренапон поради ограничувањата на транспортот на дифузија на пареа. Во последниве години, планарните електролитски ќелии привлекоа големо внимание [7-8]. За разлика од тубуларните ќелии, рамните ќелии го прават производството покомпактно и ја подобруваат ефикасноста на производството на водород [6]. Во моментов, главната пречка за индустриската примена на SOE е долгорочната стабилност на електролитичката ќелија [8], а може да се предизвикаат проблеми со стареење и деактивирање на електродата.