Cynnydd a dadansoddiad economaidd o gynhyrchu hydrogen trwy electrolysis ocsidau solet

Cynnydd a dadansoddiad economaidd o gynhyrchu hydrogen trwy electrolysis ocsidau solet

Mae electrolytydd ocsid solet (SOE) yn defnyddio anwedd dŵr tymheredd uchel (600 ~ 900°C) ar gyfer electrolysis, sy'n fwy effeithlon nag electrolytydd alcalïaidd ac electrolytydd PEM. Yn y 1960au, dechreuodd yr Unol Daleithiau a'r Almaen gynnal ymchwil ar anwedd dŵr tymheredd uchel SOE. Dangosir egwyddor weithredol electrolytydd SOE yn Ffigur 4. Mae hydrogen ac anwedd dŵr wedi'u hailgylchu yn mynd i mewn i'r system adwaith o'r anod. Mae'r anwedd dŵr yn cael ei electrolytio'n hydrogen wrth y catod. Mae'r O2 a gynhyrchir gan y catod yn symud trwy'r electrolyt solet i'r anod, lle mae'n ailgyfuno i ffurfio ocsigen a rhyddhau electronau.

Yn wahanol i gelloedd electrolytig pilen cyfnewid alcalïaidd a phroton, mae'r electrod SOE yn adweithio â chyswllt anwedd dŵr ac yn wynebu'r her o wneud y mwyaf o'r ardal rhyngwyneb rhwng yr electrod a chyswllt anwedd dŵr. Felly, mae gan yr electrod SOE strwythur mandyllog yn gyffredinol. Pwrpas electrolysis anwedd dŵr yw lleihau dwyster yr ynni a lleihau cost gweithredu electrolysis dŵr hylif confensiynol. Mewn gwirionedd, er bod cyfanswm y gofyniad ynni ar gyfer yr adwaith dadelfennu dŵr yn cynyddu ychydig gyda chynnydd yn y tymheredd, mae'r gofyniad ynni trydanol yn lleihau'n sylweddol. Wrth i'r tymheredd electrolytig gynyddu, mae rhan o'r ynni sydd ei angen yn cael ei gyflenwi fel gwres. Mae'r SOE yn gallu cynhyrchu hydrogen ym mhresenoldeb ffynhonnell wres tymheredd uchel. Gan y gellir cynhesu adweithyddion niwclear tymheredd uchel sy'n cael eu hoeri gan nwy i 950°C, gellir defnyddio ynni niwclear fel ffynhonnell ynni ar gyfer yr SOE. Ar yr un pryd, mae'r ymchwil yn dangos bod gan yr ynni adnewyddadwy fel ynni geothermol hefyd y potensial fel ffynhonnell wres electrolysis stêm. Gall gweithredu ar dymheredd uchel leihau foltedd batri a chynyddu cyfradd yr adwaith, ond mae hefyd yn wynebu'r her o sefydlogrwydd thermol deunydd a selio. Yn ogystal, mae'r nwy a gynhyrchir gan y catod yn gymysgedd hydrogen, ac mae angen ei wahanu a'i buro ymhellach, gan gynyddu'r gost o'i gymharu ag electrolysis dŵr hylif confensiynol. Mae defnyddio cerameg sy'n dargludo protonau, fel sirconad strontiwm, yn lleihau cost SOE. Mae sirconad strontiwm yn dangos dargludedd proton rhagorol tua 700°C, ac mae'n ffafriol i'r catod gynhyrchu hydrogen purdeb uchel, gan symleiddio'r ddyfais electrolysis stêm.

Adroddodd Yan et al. [6] fod tiwb ceramig zirconia wedi'i sefydlogi gan galsiwm ocsid wedi'i ddefnyddio fel SOE strwythur cynnal, bod yr wyneb allanol wedi'i orchuddio â lantanwm perovskite mandyllog tenau (llai na 0.25mm) fel anod, a chermet calsiwm ocsid sefydlog Ni/Y2O3 fel catod. Ar 1000°C, 0.4A/cm2 a phŵer mewnbwn 39.3W, mae capasiti cynhyrchu hydrogen yr uned yn 17.6NL/awr. Anfantais SOE yw'r gorfoltedd sy'n deillio o golledion ohm uchel sy'n gyffredin yn y rhyng-gysylltiadau rhwng celloedd, a'r crynodiad gorfoltedd uchel oherwydd cyfyngiadau cludo trylediad anwedd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae celloedd electrolytig planar wedi denu llawer o sylw [7-8]. Mewn cyferbyniad â chelloedd tiwbaidd, mae celloedd gwastad yn gwneud gweithgynhyrchu'n fwy cryno ac yn gwella effeithlonrwydd cynhyrchu hydrogen [6]. Ar hyn o bryd, y prif rwystr i gymhwyso SOE yn ddiwydiannol yw sefydlogrwydd hirdymor y gell electrolytig [8], a gall problemau heneiddio a dadactifadu electrodau gael eu hachosi.