Progressi è analisi ecunomica di a pruduzzione d'idrogenu per elettrolisi di ossidi solidi
L'elettrolizzatore à ossidu solidu (SOE) usa vapore acqueo à alta temperatura (600 ~ 900 °C) per l'elettrolisi, chì hè più efficiente chè l'elettrolizzatore alcalinu è l'elettrolizzatore PEM. In l'anni 1960, i Stati Uniti è a Germania anu cuminciatu à fà ricerche nantu à u SOE di vapore acqueo à alta temperatura. U principiu di funziunamentu di l'elettrolizzatore SOE hè mostratu in a Figura 4. L'idrogenu riciclatu è u vapore acqueo entranu in u sistema di reazione da l'anodu. U vapore acqueo hè elettrolizatu in idrogenu à u catodu. L'O2 pruduttu da u catodu si move attraversu l'elettrolitu solidu finu à l'anodu, induve si ricombina per furmà ossigenu è liberà elettroni.
À u cuntrariu di e cellule elettrolitiche à membrana alcalina è di scambiu di protoni, l'elettrodu SOE reagisce cù u cuntattu di u vapore acqueo è face a sfida di massimizà l'area d'interfaccia trà l'elettrodu è u cuntattu di u vapore acqueo. Dunque, l'elettrodu SOE hà generalmente una struttura porosa. U scopu di l'elettrolisi di u vapore acqueo hè di riduce l'intensità energetica è di riduce u costu operativu di l'elettrolisi convenzionale di l'acqua liquida. In fatti, ancu s'è u bisognu energeticu tutale di a reazione di decomposizione di l'acqua aumenta ligeramente cù l'aumentu di a temperatura, u bisognu di energia elettrica diminuisce significativamente. Cù l'aumentu di a temperatura elettrolitica, una parte di l'energia necessaria hè furnita cum'è calore. U SOE hè capace di pruduce idrogenu in presenza di una fonte di calore à alta temperatura. Siccomu i reattori nucleari raffreddati à gas à alta temperatura ponu esse riscaldati à 950 ° C, l'energia nucleare pò esse aduprata cum'è fonte d'energia per u SOE. À u listessu tempu, a ricerca mostra chì l'energia rinnuvevule cum'è l'energia geotermica hà ancu u putenziale cum'è fonte di calore di l'elettrolisi à vapore. Funziunà à alta temperatura pò riduce a tensione di a batteria è aumentà a velocità di reazione, ma face ancu a sfida di a stabilità termica è di a sigillatura di i materiali. Inoltre, u gasu pruduttu da u catodu hè una mistura d'idrogenu, chì deve esse ulteriormente separata è purificata, aumentendu u costu paragunatu à l'elettrolisi cunvinziunale di l'acqua liquida. L'usu di ceramiche cunduttori di protoni, cum'è u zirconatu di stronziu, riduce u costu di SOE. U zirconatu di stronziu mostra una eccellente conducibilità protonica à circa 700 °C, è hè favurevule à u catodu per pruduce idrogenu di alta purezza, simplificendu u dispusitivu d'elettrolisi à vapore.
Yan et al. [6] anu signalatu chì un tubu ceramicu di zirconia stabilizatu da l'ossidu di calciu hè statu utilizatu cum'è SOE di a struttura di supportu, a superficia esterna hè stata rivestita cù una perovskite di lantaniu porosa fina (menu di 0,25 mm) cum'è anodu, è un cermet d'ossidu di calciu stabile Ni/Y2O3 cum'è catodu. À 1000 °C, 0,4 A/cm2 è una putenza d'ingressu di 39,3 W, a capacità di pruduzzione d'idrogenu di l'unità hè di 17,6 NL/h. U svantaghju di SOE hè a sovratensione risultante da perdite di ohm elevate chì sò cumuni à l'interconnessioni trà e cellule, è l'alta cuncentrazione di sovratensione per via di e limitazioni di u trasportu di diffusione di vapore. In l'ultimi anni, e cellule elettrolitiche planari anu attiratu molta attenzione [7-8]. In cuntrastu cù e cellule tubulari, e cellule piane rendenu a fabricazione più compatta è migliuranu l'efficienza di a pruduzzione d'idrogenu [6]. Attualmente, u principale ostaculu à l'applicazione industriale di SOE hè a stabilità à longu andà di a cellula elettrolitica [8], è ponu esse causati prublemi di invecchiamentu è disattivazione di l'elettrodi.
Data di publicazione: 06-02-2023