Напредок и економска анализа на производството на водород со електролиза на цврсти оксиди

Напредок и економска анализа на производството на водород со електролиза на цврсти оксиди

Електролизерот со цврст оксид (SOE) користи водена пареа со висока температура (600 ~ 900°C) за електролиза, што е поефикасно од алкалниот електролизатор и PEM електролизаторот. Во 1960-тите, Соединетите Американски Држави и Германија започнаа да спроведуваат истражувања за SOE со водена пареа со висока температура. Принципот на работа на SOE електролизаторот е прикажан на Слика 4. Рециклиран водород и водена пареа влегуваат во реакцискиот систем од анодата. Водената пареа се електролизира во водород на катодата. O2 произведен од катодата се движи низ цврстиот електролит до анодата, каде што се рекомбинира за да формира кислород и да ослободи електрони.

За разлика од алкалните и електролитичките ќелии со мембранска размена на протони, SOE електродата реагира со контакт со водена пареа и се соочува со предизвикот да ја максимизира површината на интерфејсот помеѓу електродата и контактот со водена пареа. Затоа, SOE електродата генерално има порозна структура. Целта на електролизата со водена пареа е да се намали интензитетот на енергијата и да се намалат оперативните трошоци на конвенционалната електролиза со течна вода. Всушност, иако вкупната потреба од енергија за реакцијата на распаѓање на водата малку се зголемува со зголемување на температурата, потребата од електрична енергија значително се намалува. Со зголемувањето на електролитската температура, дел од потребната енергија се испорачува како топлина. SOE е способен да произведува водород во присуство на извор на топлина со висока температура. Бидејќи нуклеарните реактори ладени со гас со висока температура можат да се загреат до 950°C, нуклеарната енергија може да се користи како извор на енергија за SOE. Во исто време, истражувањето покажува дека обновливата енергија, како што е геотермалната енергија, исто така, има потенцијал како извор на топлина на електролизата со пареа. Работата на висока температура може да го намали напонот на батеријата и да ја зголеми брзината на реакција, но се соочува и со предизвикот на термичката стабилност и запечатувањето на материјалот. Покрај тоа, гасот произведен од катодата е мешавина од водород, која треба дополнително да се одвои и прочисти, што ја зголемува цената во споредба со конвенционалната електролиза со течна вода. Употребата на керамика што спроводува протони, како што е стронциум цирконат, ја намалува цената на SOE. Стронциум цирконатот покажува одлична протонска спроводливост на околу 700°C и е погоден за катодата да произведува водород со висока чистота, поедноставувајќи го уредот за електролиза со пареа.

Јан и сор. [6] објавија дека циркониумска керамичка цевка стабилизирана со калциум оксид била користена како SOE со потпорна структура, надворешната површина била обложена со тенок (помалку од 0,25 mm) порозен лантан перовскит како анода, и Ni/Y2O3 стабилен калциум оксид кермет како катода. На 1000°C, 0,4A/cm2 и влезна моќност од 39,3 W, капацитетот за производство на водород на единицата е 17,6NL/h. Недостаток на SOE е пренапонот што произлегува од високите загуби на ом кои се вообичаени на меѓусебните врски помеѓу ќелиите, и високата концентрација на пренапон поради ограничувањата на транспортот на дифузија на пареа. Во последниве години, планарните електролитски ќелии привлекоа големо внимание [7-8]. За разлика од цевчестите ќелии, рамните ќелии го прават производството покомпактно и ја подобруваат ефикасноста на производството на водород [6]. Во моментов, главната пречка за индустриска примена на SOE е долгорочната стабилност на електролитичката ќелија [8], а може да бидат предизвикани и проблеми со стареење и деактивација на електродата.