Kemajuan dan analisis ekonomi pengeluaran hidrogen melalui elektrolisis oksida pepejal

Kemajuan dan analisis ekonomi pengeluaran hidrogen melalui elektrolisis oksida pepejal

Elektrolisis oksida pepejal (SOE) menggunakan wap air suhu tinggi (600 ~ 900°C) untuk elektrolisis, yang lebih cekap daripada elektrolisis alkali dan elektrolisis PEM. Pada tahun 1960-an, Amerika Syarikat dan Jerman mula menjalankan penyelidikan mengenai wap air suhu tinggi SOE. Prinsip kerja elektrolisis SOE ditunjukkan dalam Rajah 4. Hidrogen dan wap air kitar semula memasuki sistem tindak balas daripada anod. Wap air dielektrolisis menjadi hidrogen di katod. O2 yang dihasilkan oleh katod bergerak melalui elektrolit pepejal ke anod, di mana ia bergabung semula untuk membentuk oksigen dan membebaskan elektron.

Tidak seperti sel elektrolitik membran pertukaran alkali dan proton, elektrod SOE bertindak balas dengan sentuhan wap air dan menghadapi cabaran untuk memaksimumkan kawasan antara muka antara elektrod dan sentuhan wap air. Oleh itu, elektrod SOE umumnya mempunyai struktur berliang. Tujuan elektrolisis wap air adalah untuk mengurangkan keamatan tenaga dan mengurangkan kos operasi elektrolisis air cecair konvensional. Malah, walaupun jumlah keperluan tenaga bagi tindak balas penguraian air meningkat sedikit dengan peningkatan suhu, keperluan tenaga elektrik berkurangan dengan ketara. Apabila suhu elektrolitik meningkat, sebahagian daripada tenaga yang diperlukan dibekalkan sebagai haba. SOE mampu menghasilkan hidrogen dengan adanya sumber haba bersuhu tinggi. Memandangkan reaktor nuklear yang disejukkan gas suhu tinggi boleh dipanaskan hingga 950°C, tenaga nuklear boleh digunakan sebagai sumber tenaga untuk SOE. Pada masa yang sama, kajian menunjukkan bahawa tenaga boleh diperbaharui seperti tenaga geoterma juga berpotensi sebagai sumber haba elektrolisis wap. Beroperasi pada suhu tinggi boleh mengurangkan voltan bateri dan meningkatkan kadar tindak balas, tetapi ia juga menghadapi cabaran kestabilan haba bahan dan pengedap. Di samping itu, gas yang dihasilkan oleh katod adalah campuran hidrogen, yang perlu diasingkan dan disucikan lagi, meningkatkan kos berbanding dengan elektrolisis air cecair konvensional. Penggunaan seramik pengalir proton, seperti strontium zirkonat, mengurangkan kos SOE. Strontium zirkonat menunjukkan kekonduksian proton yang sangat baik pada kira-kira 700°C, dan kondusif kepada katod untuk menghasilkan hidrogen ketulenan tinggi, memudahkan peranti elektrolisis stim.

Yan et al. [6] melaporkan bahawa tiub seramik zirkonia yang distabilkan oleh kalsium oksida digunakan sebagai SOE struktur sokongan, permukaan luar disalut dengan lanthanum perovskite nipis (kurang daripada 0.25mm) berliang sebagai anod, dan cermet kalsium oksida stabil Ni/Y2O3 sebagai katod. Pada kuasa input 1000°C, 0.4A/cm2 dan 39.3W, kapasiti pengeluaran hidrogen unit ialah 17.6NL/j. Kelemahan SOE ialah voltan lampau yang terhasil daripada kehilangan ohm tinggi yang biasa berlaku pada interkoneksi antara sel, dan kepekatan voltan lampau yang tinggi disebabkan oleh batasan pengangkutan resapan wap. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sel elektrolitik planar telah menarik banyak perhatian [7-8]. Berbeza dengan sel tiub, sel rata menjadikan pembuatan lebih padat dan meningkatkan kecekapan pengeluaran hidrogen [6]. Pada masa ini, halangan utama kepada aplikasi industri SOE adalah kestabilan jangka panjang sel elektrolitik [8], dan masalah penuaan dan penyahaktifan elektrod mungkin disebabkan.