Прагрэс і эканамічны аналіз вытворчасці вадароду шляхам электролізу цвёрдых аксідаў
Цвёрдааксідны электралізер (ЦАК) выкарыстоўвае для электролізу высокатэмпературную вадзяную пару (600 ~ 900°C), што больш эфектыўна, чым шчолачны электралізер і электралізер PEM. У 1960-х гадах ЗША і Германія пачалі праводзіць даследаванні ЦАК з высокатэмпературнай вадзяной парай. Прынцып працы ЦАК электралізера паказаны на малюнку 4. Перапрацаваны вадарод і вадзяная пара паступаюць у рэакцыйную сістэму з анода. Вадзяная пара электралізуецца ў вадарод на катодзе. O2, які выпрацоўваецца катодам, праходзіць праз цвёрды электраліт да анода, дзе ён рэкамбінуе з утварэннем кіслароду і вызваляе электроны.
У адрозненне ад электралітычных ячэек з шчолачнай і пратонна-абменнай мембранай, электрод SOE рэагуе з кантактам вадзяной пары і сутыкаецца з праблемай максімізацыі плошчы інтэрфейсу паміж электродам і кантактам вадзяной пары. Такім чынам, электрод SOE звычайна мае сітаватую структуру. Мэта электролізу вадзяной пары - знізіць энергаёмістасць і эксплуатацыйныя выдаткі звычайнага электролізу вадкай вады. Фактычна, хоць агульная патрэба ў энергіі для рэакцыі раскладання вады нязначна павялічваецца з павышэннем тэмпературы, патрэба ў электрычнай энергіі значна зніжаецца. Па меры павышэння тэмпературы электралізу частка неабходнай энергіі падаецца ў выглядзе цяпла. SOE здольны выпрацоўваць вадарод у прысутнасці высокатэмпературнай крыніцы цяпла. Паколькі высокатэмпературныя газаахаладжальныя ядзерныя рэактары могуць быць нагрэты да 950°C, ядзерная энергія можа быць выкарыстана ў якасці крыніцы энергіі для SOE. У той жа час даследаванні паказваюць, што аднаўляльная энергія, такая як геатэрмальная энергія, таксама мае патэнцыял у якасці крыніцы цяпла для паравога электролізу. Праца пры высокай тэмпературы можа знізіць напружанне батарэі і павялічыць хуткасць рэакцыі, але яна таксама сутыкаецца з праблемай тэрмічнай стабільнасці і герметычнасці матэрыялу. Акрамя таго, газ, які ўтвараецца катодам, уяўляе сабой сумесь вадароду, якую неабходна дадаткова аддзяляць і ачышчаць, што павялічвае кошт у параўнанні са звычайным электролізам вадкай вады. Выкарыстанне пратонправоднай керамікі, напрыклад, цырканата стронцыю, зніжае кошт электролізу парай. Цырканат стронцыю мае выдатную пратонную праводнасць пры тэмпературы каля 700°C і спрыяе выпрацоўцы катодам вадароду высокай чысціні, спрашчаючы прыладу для паравога электролізу.
Ян і інш. [6] паведамлялі, што ў якасці SOE апорнай канструкцыі выкарыстоўвалася керамічная трубка з аксіду цырконія, стабілізаваная аксідам кальцыя, вонкавая паверхня якой была пакрыта тонкім (менш за 0,25 мм) сітаватым пероўскітам лантана ў якасці анода і стабільным керамічным аксідам кальцыя Ni/Y2O3 у якасці катода. Пры тэмпературы 1000°C, току 0,4 А/см2 і ўваходнай магутнасці 39,3 Вт магутнасць ўстаноўкі па вытворчасці вадароду складае 17,6 нл/г. Недахопам SOE з'яўляецца перанапружанне, якое ўзнікае з-за высокіх страт на супраціўленне, якія з'яўляюцца распаўсюджанымі на ўзаемасувязях паміж элементамі, і высокая канцэнтрацыя перанапружання з-за абмежаванняў дыфузійнага транспарту пароў. У апошнія гады плоскія электралітычныя элементы прыцягнулі вялікую ўвагу [7-8]. У адрозненне ад трубчастых элементаў, плоскія элементы робяць вытворчасць больш кампактнай і павышаюць эфектыўнасць вытворчасці вадароду [6]. У цяперашні час асноўнай перашкодай для прамысловага прымянення SOE з'яўляецца доўгатэрміновая стабільнасць электралітычнага элемента [8], а таксама могуць узнікнуць праблемы старэння і дэактывацыі электродаў.
Час публікацыі: 06 лютага 2023 г.