Хатуу ислийн электролизийн аргаар устөрөгч үйлдвэрлэх явц, эдийн засгийн шинжилгээ

Хатуу ислийн электролизийн аргаар устөрөгч үйлдвэрлэх явц, эдийн засгийн шинжилгээ

Хатуу ислийн электролизер (SOE) нь электролизийн хувьд өндөр температурт усны уур (600 ~ 900 ° C) ашигладаг бөгөөд энэ нь шүлтлэг электролизер болон PEM электролизерээс илүү үр дүнтэй байдаг. 1960-аад оноос АНУ, Герман улсууд өндөр температурт усны уурын ТӨҮГ-ын судалгаа хийж эхэлсэн. SOE электролизерийн ажиллах зарчмыг Зураг 4-т үзүүлэв. Дахин боловсруулсан устөрөгч ба усны уур нь анодоос урвалын системд ордог. Усны уур нь катод дээр устөрөгч болж электролиз болдог. Катодын үүсгэсэн O2 нь хатуу электролитээр дамжин анод руу шилжиж, хүчилтөрөгч үүсгэж, электрон ялгаруулдаг.

Шүлтлэг ба протон солилцооны мембраны электролитийн эсүүдээс ялгаатай нь SOE электрод нь усны ууртай харьцах урвалд ордог бөгөөд электрод ба усны уурын контакт хоорондын интерфэйсийн талбайг нэмэгдүүлэх сорилттой тулгардаг. Тиймээс SOE электрод нь ерөнхийдөө сүвэрхэг бүтэцтэй байдаг. Усны уурын электролизийн зорилго нь ердийн шингэн усны электролизийн эрчим хүчний эрчмийг бууруулж, ашиглалтын зардлыг бууруулахад оршино. Үнэн хэрэгтээ усны задралын урвалын нийт эрчим хүчний хэрэгцээ температур нэмэгдэхийн хэрээр бага зэрэг нэмэгдэж байгаа ч цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээ мэдэгдэхүйц буурдаг. Электролитийн температур нэмэгдэхийн хэрээр шаардлагатай энергийн нэг хэсэг нь дулаанаар хангагдана. ТӨҮГ нь өндөр температурт дулааны эх үүсвэр байгаа нөхцөлд устөрөгч үйлдвэрлэх чадвартай. Өндөр температурт хийн хөргөлттэй цөмийн реакторыг 950°С хүртэл халаах боломжтой тул цөмийн энергийг ТӨҮГ-ын эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглаж болно. Үүний зэрэгцээ сэргээгдэх эрчим хүч, тухайлбал газрын гүний дулааны эрчим хүч нь уурын электролизийн дулааны эх үүсвэр болох боломжтойг судалгаа харуулж байна. Өндөр температурт ажиллах нь батерейны хүчдэлийг бууруулж, урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой боловч материалын дулааны тогтвортой байдал, битүүмжлэлийн асуудалтай тулгардаг. Үүнээс гадна катодоос гаргаж авсан хий нь устөрөгчийн хольц бөгөөд үүнийг цаашид ялгаж, цэвэршүүлэх шаардлагатай бөгөөд энэ нь ердийн шингэн усны электролизтэй харьцуулахад зардлыг нэмэгдүүлдэг. Стронцийн цирконат зэрэг протон дамжуулагч керамик эдлэлийг ашиглах нь ТӨҮГ-ын зардлыг бууруулдаг. Стронцийн цирконат нь 700°C-ийн температурт протоны дамжуулалтыг маш сайн харуулдаг ба катодын хувьд өндөр цэвэршилттэй устөрөгчийг бий болгож, уурын электролизийн төхөөрөмжийг хялбаршуулдаг.

Ян нар. [6] кальцийн ислээр тогтворжуулсан циркон керамик хоолойг тулгуур бүтцийн SOE болгон, гадна гадаргууг нимгэн (0.25 мм-ээс бага) сүвэрхэг лантан перовскитээр анод болгон, Ni/Y2O3 тогтвортой кальцийн исэл керметийг катод болгон бүрсэн гэж мэдээлсэн. 1000°С, 0.4А/см2, 39.3Вт оролтын чадалтай үед уг нэгжийн устөрөгч үйлдвэрлэх хүчин чадал 17.6Нл/цаг байна. SOE-ийн сул тал нь эс хоорондын холболтод нийтлэг тохиолддог өндөр ом алдагдлын улмаас үүссэн хэт хүчдэл, уурын тархалтын дамжуулалтын хязгаарлалтаас үүдэлтэй хэт хүчдэлийн өндөр концентраци юм. Сүүлийн жилүүдэд хавтгай электролитийн эсүүд олны анхаарлыг татах болсон [7-8]. Хоолойн эсүүдээс ялгаатай нь хавтгай эсүүд нь үйлдвэрлэлийг илүү нягтралтай болгож, устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн үр ашгийг сайжруулдаг [6]. Одоогийн байдлаар SOE-ийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд тулгарч буй гол бэрхшээл нь электролитийн эсийн урт хугацааны тогтвортой байдал [8] бөгөөд электродын хөгшрөлт, идэвхгүй байдлын асуудал үүсч болзошгүй юм.