Напредак и економска анализа производње водоника електролизом чврстих оксида

Напредак и економска анализа производње водоника електролизом чврстих оксида

Електролизер чврстог оксида (СОЕ) користи водену пару високе температуре (600 ~ 900°Ц) за електролизу, што је ефикасније од алкалног електролизера и ПЕМ електролизера. Шездесетих година прошлог века, Сједињене Државе и Немачка су почеле да спроводе истраживања о високотемпературном воденом пару СОЕ. Принцип рада СОЕ електролизера је приказан на слици 4. Рециклирани водоник и водена пара улазе у реакциони систем са аноде. Водена пара се електролизује у водоник на катоди. О2 произведен од катоде креће се кроз чврсти електролит до аноде, где се рекомбинује да би формирао кисеоник и ослобађао електроне.

За разлику од електролитичких ћелија са алкалном и протонском изменом, СОЕ електрода реагује са контактом водене паре и суочава се са изазовом максимизирања површине интерфејса између контакта електроде и водене паре. Стога, СОЕ електрода генерално има порозну структуру. Сврха електролизе водене паре је смањење енергетског интензитета и смањење оперативних трошкова конвенционалне електролизе течне воде. У ствари, иако се укупна енергетска потреба реакције распадања воде незнатно повећава са повећањем температуре, потреба за електричном енергијом значајно опада. Како се електролитичка температура повећава, део потребне енергије се добија као топлота. СОЕ је у стању да производи водоник у присуству извора топлоте високе температуре. Пошто се нуклеарни реактори хлађени гасом високе температуре могу загрејати до 950°Ц, нуклеарна енергија се може користити као извор енергије за ДП. Истовремено, истраживање показује да обновљива енергија као што је геотермална енергија такође има потенцијал као извор топлоте парне електролизе. Рад на високој температури може смањити напон батерије и повећати брзину реакције, али се такође суочава са изазовом термичке стабилности и заптивања материјала. Поред тога, гас који производи катода је мешавина водоника, коју треба даље одвојити и пречистити, повећавајући цену у поређењу са конвенционалном електролизом течне воде. Употреба керамике која проводе протон, као што је стронцијум цирконат, смањује трошкове СОЕ. Стронцијум цирконат показује одличну протонску проводљивост на око 700°Ц и погодује катоди да производи водоник високе чистоће, поједностављујући уређај за парну електролизу.

Иан ет ал. [6] је известио да је цирконијум керамичка цев стабилизована калцијум оксидом коришћена као СОЕ носеће структуре, спољна површина је обложена танким (мање од 0,25 мм) порозним лантан перовскитом као анодом и Ни/И2О3 стабилним керметом од калцијум оксида као катода. На 1000°Ц, 0,4А/цм2 и 39,3В улазне снаге, капацитет производње водоника јединице је 17,6НЛ/х. Недостатак СОЕ-а је пренапон који настаје услед великих губитака у омама који су уобичајени на интерконекцијама између ћелија и висока концентрација пренапона због ограничења транспорта дифузије паре. Последњих година, планарне електролитичке ћелије су привукле велику пажњу [7-8]. За разлику од цевастих ћелија, равне ћелије чине производњу компактнијом и побољшавају ефикасност производње водоника [6]. Тренутно, главна препрека индустријској примени СОЕ је дугорочна стабилност електролитичке ћелије [8], а могу бити узроковани и проблеми старења и деактивације електрода.