Progreso kaj ekonomia analizo de hidrogenproduktado per elektrolizo de solidaj oksidoj

Progreso kaj ekonomia analizo de hidrogenproduktado per elektrolizo de solidaj oksidoj

Solidoksida elektrolizilo (SOE) uzas alttemperaturan akvan vaporon (600 ~ 900°C) por elektrolizo, kio estas pli efika ol alkala elektrolizilo kaj PEM-elektrolizilo. En la 1960-aj jaroj, Usono kaj Germanio komencis esplori alttemperaturan akvan vaporon SOE. La funkciprincipo de SOE-elektrolizilo estas montrita en Figuro 4. Reciklita hidrogeno kaj akva vaporo eniras la reakcian sistemon de la anodo. La akva vaporo estas elektroligita en hidrogenon ĉe la katodo. La O2 produktita de la katodo moviĝas tra la solida elektrolito al la anodo, kie ĝi rekombiniĝas por formi oksigenon kaj liberigi elektronojn.

Male al alkalaj kaj protoninterŝanĝaj membranaj elektrolizaj ĉeloj, la SOE-elektrodo reagas kun akvovapora kontakto kaj alfrontas la defion maksimumigi la interfacan areon inter la elektrodo kaj la akvovapora kontakto. Tial, la SOE-elektrodo ĝenerale havas poran strukturon. La celo de akvovapora elektrolizo estas redukti la energian intensecon kaj redukti la funkciigajn kostojn de konvencia likvakva elektrolizo. Fakte, kvankam la totala energia postulo de la akvo-putriĝo-reakcio iomete pliiĝas kun kreskanta temperaturo, la elektra energia postulo signife malpliiĝas. Dum la elektroliza temperaturo pliiĝas, parto de la bezonata energio estas provizita kiel varmo. La SOE kapablas produkti hidrogenon en la ĉeesto de alttemperatura varmofonto. Ĉar alttemperaturaj gasmalvarmigitaj nukleaj reaktoroj povas esti varmigitaj ĝis 950 °C, nuklea energio povas esti uzata kiel energifonto por la SOE. Samtempe, la esplorado montras, ke renovigebla energio kiel geoterma energio ankaŭ havas la potencialon kiel varmofonto de vapora elektrolizo. Funkciigado je alta temperaturo povas redukti baterian tension kaj pliigi reakcian rapidon, sed ĝi ankaŭ alfrontas la defion de materiala termika stabileco kaj sigelado. Krome, la gaso produktita de la katodo estas hidrogena miksaĵo, kiu bezonas esti plue apartigita kaj purigita, pliigante la koston kompare kun konvencia likvakva elektrolizo. La uzo de proton-konduktaj ceramikaĵoj, kiel ekzemple stroncia zirkonato, reduktas la koston de SOE. Stroncia zirkonato montras bonegan protonan konduktivecon je ĉirkaŭ 700 °C, kaj favoras la katodon produkti altpurecan hidrogenon, simpligante la vaporan elektrolizan aparaton.

Yan kaj aliaj [6] raportis, ke zirkonia ceramika tubo stabiligita per kalcia oksido estis uzata kiel SOE de la subtena strukturo, la ekstera surfaco estis kovrita per maldika (malpli ol 0.25mm) pora lantana perovskito kiel anodo, kaj Ni/Y2O3 stabila kalcia oksida cermeto kiel katodo. Je 1000°C, 0.4A/cm2 kaj 39.3W enira potenco, la hidrogena produktadkapacito de la unuo estas 17.6NL/h. La malavantaĝo de SOE estas la trotensio rezultanta el altaj omo-perdoj, kiuj estas oftaj ĉe la interkonektoj inter ĉeloj, kaj la alta trotensia koncentriĝo pro la limigoj de vapora difuza transporto. En la lastaj jaroj, ebenaj elektrolizaj ĉeloj altiris multan atenton [7-8]. Kontraste al tubaj ĉeloj, plataj ĉeloj faras fabrikadon pli kompakta kaj plibonigas la efikecon de hidrogena produktado [6]. Nuntempe, la ĉefa obstaklo al la industria apliko de SOE estas la longdaŭra stabileco de la elektroliza ĉelo [8], kaj la problemoj de elektroda maljuniĝo kaj malaktivigo povas esti kaŭzitaj.