Framfarir og efnahagsgreining á vetnisframleiðslu með rafgreiningu á föstum oxíðum
Rafgreiningartæki fyrir fast oxíð (SOE) notar háhita vatnsgufu (600 ~ 900°C) til rafgreiningar, sem er skilvirkara en basísk rafgreiningartæki og PEM rafgreiningartæki. Á sjöunda áratugnum hófu Bandaríkin og Þýskaland rannsóknir á háhita vatnsgufu SOE. Virkni SOE rafgreiningartækisins er sýnd á mynd 4. Endurunnið vetni og vatnsgufa koma inn í hvarfkerfið frá anóðunni. Vatnsgufan er rafgreind í vetni við bakskautið. O2 sem framleitt er af bakskautinu fer í gegnum fasta raflausnina að anóðunni, þar sem það sameinast aftur til að mynda súrefni og losa rafeindir.
Ólíkt rafgreiningarfrumum með basískum og róteindaskiptihimnu hvarfast SOE rafskautið við snertingu við vatnsgufu og stendur frammi fyrir þeirri áskorun að hámarka snertiflötinn milli rafskautsins og snertingar vatnsgufunnar. Þess vegna hefur SOE rafskautið almennt porous uppbyggingu. Tilgangur vatnsgufurafgreiningar er að draga úr orkustyrk og rekstrarkostnaði hefðbundinnar fljótandi vatnsrafgreiningar. Reyndar, þó að heildarorkuþörf vatnsniðurbrotsviðbragðsins aukist lítillega með hækkandi hitastigi, minnkar raforkuþörfin verulega. Þegar rafgreiningarhitastigið hækkar er hluti af orkuþörfinni veittur sem hiti. SOE er fær um að framleiða vetni í návist háhita hitagjafa. Þar sem hægt er að hita háhita gaskælda kjarnaofna upp í 950°C er hægt að nota kjarnorku sem orkugjafa fyrir SOE. Á sama tíma sýna rannsóknir að endurnýjanleg orka eins og jarðvarmaorka hefur einnig möguleika sem hitagjafi fyrir gufurafgreiningu. Rekstrar við hátt hitastig getur dregið úr spennu rafhlöðunnar og aukið hvarfhraða, en það stendur einnig frammi fyrir áskorun varðandi varmastöðugleika efnisins og þéttingu. Að auki er gasið sem framleitt er af katóðunni vetnisblanda, sem þarf að aðskilja og hreinsa frekar, sem eykur kostnaðinn samanborið við hefðbundna rafgreiningu með fljótandi vatni. Notkun róteindaleiðandi keramik, svo sem strontíumsirkonats, dregur úr kostnaði við SOE. Strontíumsirkonat sýnir framúrskarandi róteindaleiðni við um 700°C og stuðlar að því að katóðan framleiðir vetni með mikilli hreinleika, sem einfaldar gufurafgreiningartækið.
Yan o.fl. [6] greindu frá því að sirkon keramik rör, sem voru stöðuguð með kalsíumoxíði, voru notuð sem SOE í burðarvirki, og ytra yfirborðið var húðað með þunnu (minna en 0,25 mm) porous lantan perovskíti sem anóðu og Ni/Y2O3 stöðugu kalsíumoxíð keramík sem katóðu. Við 1000°C, 0,4A/cm2 og 39,3W inntaksafl, er vetnisframleiðslugeta einingarinnar 17,6NL/klst. Ókosturinn við SOE er ofspenna sem stafar af miklum óm tapi sem er algengt við tengingar milli frumna og mikil ofspennuþéttni vegna takmarkana á gufudreifingu. Á undanförnum árum hafa flatar rafgreiningarfrumur vakið mikla athygli [7-8]. Ólíkt rörlaga frumum gera flatar frumur framleiðsluna þéttari og bæta skilvirkni vetnisframleiðslu [6]. Eins og er er helsta hindrunin fyrir iðnaðarnotkun SOE langtímastöðugleiki rafgreiningarfrumunnar [8] og vandamál með öldrun og óvirkjun rafskautsins geta stafað af því.
Birtingartími: 6. febrúar 2023