Қатты оксидтерді электролиздеу арқылы сутегі өндірісінің прогресі және экономикалық талдауы
Қатты оксидті электролизер (ҚОЭ) электролиз үшін жоғары температуралы су буын (600 ~ 900°C) пайдаланады, бұл сілтілі электролизер мен ПЭМ электролизеріне қарағанда тиімдірек. 1960 жылдары Америка Құрама Штаттары мен Германия жоғары температуралы су буының ҚОЭ бойынша зерттеулер жүргізе бастады. ҚОЭ электролизерінің жұмыс принципі 4-суретте көрсетілген. Қайта өңделген сутегі мен су буы анодтан реакция жүйесіне түседі. Су буы катодта сутегіге электролизденеді. Катод шығарған O2 қатты электролит арқылы анодқа өтеді, онда ол оттегі түзіп, электрондарды босату үшін қайта қосылады.
Сілтілік және протон алмасу мембраналық электролиттік жасушалардан айырмашылығы, SOE электроды су буымен жанасу арқылы әрекеттеседі және электрод пен су буының жанасуы арасындағы интерфейс аймағын барынша арттыру міндетіне тап болады. Сондықтан, SOE электроды әдетте кеуекті құрылымға ие. Су буының электролизінің мақсаты - энергия қарқындылығын азайту және дәстүрлі сұйық су электролизінің пайдалану құнын төмендету. Шын мәнінде, судың ыдырау реакциясының жалпы энергия қажеттілігі температураның жоғарылауымен аздап артса да, электр энергиясына қажеттілік айтарлықтай төмендейді. Электролиттік температура жоғарылаған сайын қажетті энергияның бір бөлігі жылу ретінде беріледі. SOE жоғары температуралы жылу көзінің қатысуымен сутегін өндіруге қабілетті. Жоғары температуралы газбен салқындатылатын ядролық реакторларды 950°C дейін қыздыруға болатындықтан, ядролық энергияны SOE үшін энергия көзі ретінде пайдалануға болады. Сонымен қатар, зерттеулер геотермалдық энергия сияқты жаңартылатын энергияның бу электролизінің жылу көзі ретінде де әлеуеті бар екенін көрсетеді. Жоғары температурада жұмыс істеу батарея кернеуін төмендетіп, реакция жылдамдығын арттыра алады, бірақ сонымен бірге материалдың термиялық тұрақтылығы мен тығыздалуы міндетіне тап болады. Сонымен қатар, катод шығаратын газ сутегі қоспасы болып табылады, оны одан әрі бөлу және тазарту қажет, бұл дәстүрлі сұйық су электролизімен салыстырғанда құнын арттырады. Стронций цирконаты сияқты протон өткізгіш керамиканы пайдалану SOE құнын төмендетеді. Стронций цирконаты шамамен 700°C температурада протонның тамаша өткізгіштігін көрсетеді және катодтың жоғары тазалықтағы сутегін өндіруіне ықпал етеді, бұл бу электролизі құрылғысын жеңілдетеді.
Ян және т.б. [6] тірек құрылымының SOE ретінде кальций оксидімен тұрақтандырылған цирконий керамикалық түтігі пайдаланылғанын, сыртқы беті анод ретінде жұқа (0,25 мм-ден аз) кеуекті лантан перовскитімен, ал катод ретінде Ni/Y2O3 тұрақты кальций оксиді керметімен қапталғанын хабарлады. 1000°C температурада, 0,4A/см2 және 39,3 Вт кіріс қуатында қондырғының сутегі өндірісі қуаты 17,6NL/сағ құрайды. SOE кемшілігі - элементтер арасындағы байланыстарда жиі кездесетін жоғары ом шығындарынан туындайтын асқын кернеу және бу диффузиялық тасымалының шектеулеріне байланысты жоғары асқын кернеу концентрациясы. Соңғы жылдары жазық электролиттік элементтер көп назар аударды [7-8]. Түтікшелі элементтерден айырмашылығы, жалпақ элементтер өндірісті ықшам етеді және сутегі өндірісінің тиімділігін арттырады [6]. Қазіргі уақытта SOE-ді өнеркәсіптік қолданудағы негізгі кедергі электролиттік элементтің ұзақ мерзімді тұрақтылығы болып табылады [8], және электродтардың қартаюы мен деактивациясы мәселелері туындауы мүмкін.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 6 ақпан