Maendeleo na uchambuzi wa kiuchumi wa uzalishaji wa hidrojeni kwa electrolysis ya oksidi imara

Maendeleo na uchambuzi wa kiuchumi wa uzalishaji wa hidrojeni kwa electrolysis ya oksidi imara

Kieletroli cha oksidi dhabiti (SOE) hutumia mvuke wa maji wa halijoto ya juu (600 ~ 900°C) kwa electrolysis, ambayo ni bora zaidi kuliko elektroliza ya alkali na elektroliza ya PEM. Katika miaka ya 1960, Marekani na Ujerumani zilianza kufanya utafiti juu ya mvuke wa maji yenye joto la juu SOE. Kanuni ya kazi ya electrolyzer ya SOE imeonyeshwa kwenye Mchoro 4. Hidrojeni na mvuke wa maji iliyorejeshwa huingia kwenye mfumo wa majibu kutoka kwa anode. Mvuke wa maji hutiwa elektroli katika hidrojeni kwenye cathode. O2 inayozalishwa na cathode husogea kupitia elektroliti dhabiti hadi kwenye anode, ambapo inaungana tena kuunda oksijeni na kutolewa elektroni.

Tofauti na seli za elektroliti za kubadilishana za alkali na protoni, elektrodi ya SOE humenyuka ikiwa na mguso wa mvuke wa maji na inakabiliwa na changamoto ya kuongeza eneo la kiolesura kati ya elektrodi na mguso wa mvuke wa maji. Kwa hiyo, electrode ya SOE kwa ujumla ina muundo wa porous. Madhumuni ya electrolysis ya mvuke wa maji ni kupunguza nguvu ya nishati na kupunguza gharama ya uendeshaji wa electrolysis ya kawaida ya maji ya kioevu. Kwa kweli, ingawa mahitaji ya jumla ya nishati ya mmenyuko wa mtengano wa maji huongezeka kidogo kwa kuongezeka kwa joto, mahitaji ya nishati ya umeme hupungua kwa kiasi kikubwa. Kadiri halijoto ya kielektroniki inavyoongezeka, sehemu ya nishati inayohitajika hutolewa kama joto. SOE ina uwezo wa kuzalisha hidrojeni mbele ya chanzo cha joto cha juu cha joto. Kwa kuwa vinu vya nyuklia vilivyopozwa kwa gesi ya halijoto ya juu vinaweza kupashwa hadi 950°C, nishati ya nyuklia inaweza kutumika kama chanzo cha nishati kwa SOE. Wakati huo huo, utafiti unaonyesha kuwa nishati mbadala kama vile nishati ya jotoardhi pia inaweza kuwa chanzo cha joto cha electrolysis ya mvuke. Kufanya kazi kwenye halijoto ya juu kunaweza kupunguza voltage ya betri na kuongeza kasi ya athari, lakini pia kunakabiliwa na changamoto ya uthabiti wa nyenzo na kuziba. Aidha, gesi inayozalishwa na cathode ni mchanganyiko wa hidrojeni, ambayo inahitaji kutengwa zaidi na kutakaswa, na kuongeza gharama ikilinganishwa na electrolysis ya kawaida ya maji ya kioevu. Matumizi ya kauri zinazopitisha protoni, kama vile zirconate ya strontium, hupunguza gharama ya SOE. Zirconate ya Strontium huonyesha upitishaji bora wa protoni kwa takriban 700°C, na inafaa kwa kathodi kutoa hidrojeni iliyo safi sana, ikirahisisha kifaa cha kuchanganua mvuke.

Yan na wengine. [6] iliripoti kuwa mirija ya kauri ya zirconia iliyoimarishwa na oksidi ya kalsiamu ilitumika kama SOE ya muundo wa kusaidia, uso wa nje ulipakwa na lanthanum perovskite nyembamba (chini ya 0.25mm) kama anode, na cermet ya oksidi ya kalsiamu thabiti ya Ni/Y2O3 kama cathode. Kwa 1000 ° C, 0.4A/cm2 na 39.3W nguvu ya kuingiza, uwezo wa uzalishaji wa hidrojeni wa kitengo ni 17.6NL/h. Hasara ya SOE ni overvoltage kutokana na hasara kubwa ya ohm ambayo ni ya kawaida katika miunganisho kati ya seli, na ukolezi mkubwa wa overvoltage kutokana na vikwazo vya usafiri wa uenezaji wa mvuke. Katika miaka ya hivi karibuni, seli za elektroliti zilizopangwa zimevutia umakini mkubwa [7-8]. Kinyume na seli za neli, seli bapa hufanya utengenezaji kuwa mshikamano zaidi na kuboresha ufanisi wa uzalishaji wa hidrojeni [6]. Kwa sasa, kikwazo kikuu kwa matumizi ya viwandani ya SOE ni uthabiti wa muda mrefu wa seli ya elektroliti [8], na matatizo ya kuzeeka na kuzimwa kwa elektrodi yanaweza kusababishwa.