Fortschrëtt an ekonomesch Analyse vun der Waasserstoffproduktioun duerch Elektrolyse vu festen Oxiden
E Festoxidelektrolyser (SOE) benotzt Héichtemperaturwaasserdamp (600 ~ 900°C) fir d'Elektrolyse, wat méi effizient ass wéi en alkalischen Elektrolyser an en PEM-Elektrolyser. An den 1960er Joren hunn d'USA an Däitschland ugefaang Fuerschung iwwer Héichtemperaturwaasserdamp-SOE ze maachen. De Funktionsprinzip vum SOE-Elektrolyser ass an der Figur 4 gewisen. Recycléierte Waasserstoff a Waasserdamp kommen vun der Anode an de Reaktiounssystem. De Waasserdamp gëtt un der Kathod zu Waasserstoff elektrolyséiert. Den O2, deen vun der Kathode produzéiert gëtt, beweegt sech duerch den festen Elektrolyt op d'Anode, wou en sech rekombinéiert fir Sauerstoff ze bilden an Elektronen fräizesetzen.
Am Géigesaz zu alkalischen an Protonenaustauschmembran-Elektrolytzellen reagéiert d'SOE-Elektrod mam Waasserdampkontakt a steet virun der Erausfuerderung, d'Grenzfläch tëscht der Elektrod an dem Waasserdampkontakt ze maximéieren. Dofir huet d'SOE-Elektrod allgemeng eng poréis Struktur. Den Zweck vun der Waasserdampelektrolyse ass et, d'Energieintensitéit ze reduzéieren an d'Betribskäschte vun der konventioneller flësseger Waasserelektrolyse ze reduzéieren. Tatsächlech, obwuel den gesamten Energiebedarf vun der Waasserzersetzungsreaktioun liicht mat eropgoender Temperatur eropgeet, hëlt den elektresche Energiebedarf däitlech of. Wann d'elektrolytesch Temperatur eropgeet, gëtt en Deel vun der erfuerderlecher Energie als Hëtzt geliwwert. D'SOE ass fäeg, Waasserstoff a Präsenz vun enger Héichtemperatur-Hëtztquell ze produzéieren. Well Héichtemperatur-gaskühlte Kärreaktoren op 950°C erhëtzt kënne ginn, kann d'Nuklearenergie als Energiequell fir d'SOE benotzt ginn. Gläichzäiteg weist d'Fuerschung, datt erneierbar Energien, wéi geothermesch Energie, och de Potenzial als Hëtztquell vun der Dampelektrolyse hunn. De Betrib bei héijer Temperatur kann d'Batteriespannung reduzéieren an d'Reaktiounsgeschwindegkeet erhéijen, awer et steet och virun der Erausfuerderung vun der thermescher Stabilitéit an der Ofdichtung vum Material. Zousätzlech ass de Gas, deen vun der Kathod produzéiert gëtt, eng Waasserstoffmëschung, déi weider getrennt a gereinegt muss ginn, wat d'Käschte am Verglach mat der konventioneller flësseger Waasserelektrolyse erhéicht. D'Benotzung vu protonenleitende Keramik, wéi Strontiumzirkonat, reduzéiert d'Käschte vum SOE. Strontiumzirkonat weist eng exzellent Protonenleitfäegkeet bei ongeféier 700°C a fördert d'Kathode fir héichreine Waasserstoff ze produzéieren, wat den Dampelektrolyseapparat vereinfacht.
Yan et al. [6] hunn bericht, datt Zirkoniumoxid-Keramikröhrchen, déi duerch Kalziumoxid stabiliséiert waren, als SOE vun der Trägerstruktur benotzt goufen, woubäi d'äusser Uewerfläch mat dënnem (manner wéi 0,25 mm) porösem Lanthanperovskit als Anode an Ni/Y2O3-stabilem Kalziumoxid-Cermet als Kathode beschichtet war. Bei 1000°C, 0,4 A/cm2 an enger Inputleistung vun 39,3 W ass d'Waasserstoffproduktiounskapazitéit vun der Eenheet 17,6 NL/h. Den Nodeel vun der SOE ass d'Iwwerspannung, déi duerch héich Ohm-Verloschter entsteet, déi heefeg bei de Verbindungen tëscht Zellen optrieden, an déi héich Iwwerspannungskonzentratioun wéinst de Limitatioune vum Dampfdiffusiounstransport. An de leschte Jore hunn planar Elektrolytzellen vill Opmierksamkeet op sech gezunn [7-8]. Am Géigesaz zu röhrenge Zellen maachen flaach Zellen d'Produktioun méi kompakt a verbesseren d'Effizienz vun der Waasserstoffproduktioun [6]. Am Moment ass dat Haapthindernis fir d'industriell Uwendung vun der SOE d'Laangzäitstabilitéit vun der Elektrolytzell [8], an d'Problemer vum Alterungsprozess an der Deaktivéierung vun der Elektrode kënnen doduerch entstinn.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 06.02.2023