Foarútgong en ekonomyske analyze fan wetterstofproduksje troch elektrolyse fan fêste oksiden
In fêste okside-elektrolyser (SOE) brûkt wetterdamp by hege temperatuer (600 ~ 900 °C) foar elektrolyse, wat effisjinter is as in alkaline elektrolyser en in PEM-elektrolyser. Yn 'e jierren '60 begûnen de Feriene Steaten en Dútslân ûndersyk te dwaan nei SOE by hege temperatuer wetterdamp. It wurkprinsipe fan in SOE-elektrolyser wurdt werjûn yn figuer 4. Recycled wetterstof en wetterdamp komme it reaksjesysteem yn fan 'e anode. De wetterdamp wurdt by de katode elektrolysearre ta wetterstof. De O2 produsearre troch de katode beweecht troch de fêste elektrolyt nei de anode, dêr't it rekombinearret om soerstof te foarmjen en elektroanen frij te meitsjen.
Oars as alkaline en protonútwikselingsmembraan elektrolytyske sellen, reagearret de SOE-elektrode mei wetterdampkontakt en stiet foar de útdaging om it ynterfacegebiet tusken de elektrode en wetterdampkontakt te maksimalisearjen. Dêrom hat de SOE-elektrode oer it algemien in poreuze struktuer. It doel fan wetterdampelektrolyse is om de enerzjy-yntensiteit te ferminderjen en de eksploitaasjekosten fan konvinsjonele floeibere wetterelektrolyse te ferminderjen. Eins, hoewol de totale enerzjybehoefte fan 'e wetterûntledingsreaksje wat tanimt mei tanimmende temperatuer, nimt de elektryske enerzjybehoefte signifikant ôf. As de elektrolytyske temperatuer tanimt, wurdt in diel fan 'e fereaske enerzjy levere as waarmte. De SOE is by steat om wetterstof te produsearjen yn 'e oanwêzigens fan in hege-temperatuer waarmteboarne. Om't hege-temperatuer gaskuolle kearnreaktors kinne wurde ferwaarme oant 950 °C, kin kearnerzjy brûkt wurde as enerzjyboarne foar de SOE. Tagelyk lit it ûndersyk sjen dat de duorsume enerzjy lykas geotermyske enerzjy ek it potinsjeel hat as de waarmteboarne fan stoomelektrolyse. Bedriuwen by hege temperatuer kin de batterijspanning ferminderje en de reaksjesnelheid ferheegje, mar it stiet ek foar de útdaging fan termyske stabiliteit en ôfsluting fan it materiaal. Derneist is it gas dat troch de katode produsearre wurdt in wetterstofmingsel, dat fierder skieden en suvere wurde moat, wêrtroch't de kosten tanimme yn ferliking mei konvinsjonele floeibere wetterelektrolyse. It gebrûk fan proton-geliedende keramyk, lykas strontiumsirkonaat, ferleget de kosten fan SOE. Strontiumsirkonaat toant poerbêste protongelieding by sawat 700 °C, en is geunstich foar de katode om wetterstof mei hege suverens te produsearjen, wêrtroch it apparaat foar stoomelektrolyse ferienfâldige wurdt.
Yan et al. [6] rapportearren dat in sirkoniumkeramyske buis stabilisearre troch kalsiumokside brûkt waard as SOE fan stipestruktuer, wêrby't it bûtenste oerflak bedekt wie mei tinne (minder as 0,25 mm) poreuze lanthaanperovskite as anode, en Ni/Y2O3 stabile kalsiumoksidecermet as katode. By 1000 °C, 0,4 A/cm2 en 39,3 W ynfierfermogen, is de wetterstofproduksjekapasiteit fan 'e ienheid 17,6 NL/o. It neidiel fan SOE is de oerspanning dy't ûntstiet troch hege ohmferliezen dy't gewoan binne by de ferbiningen tusken sellen, en de hege oerspanningskonsintraasje fanwegen de beheiningen fan dampdiffúzjetransport. Yn 'e lêste jierren hawwe planêre elektrolytyske sellen in soad oandacht lutsen [7-8]. Yn tsjinstelling ta buisfoarmige sellen meitsje platte sellen de produksje kompakter en ferbetterje se de effisjinsje fan wetterstofproduksje [6]. Op it stuit is it wichtichste obstakel foar de yndustriële tapassing fan SOE de lange-termyn stabiliteit fan 'e elektrolytyske sel [8], en de problemen fan elektrodeferâldering en deaktivaasje kinne feroarsake wurde.
Pleatsingstiid: 6 febrewaris 2023