Хатуу ислийн электролизээр устөрөгч үйлдвэрлэх явц ба эдийн засгийн шинжилгээ

Хатуу ислийн электролизээр устөрөгч үйлдвэрлэх явц ба эдийн засгийн шинжилгээ

Хатуу исэл электролизер (ХИСЭ) нь электролизийн хувьд өндөр температурт усны уур (600 ~ 900°C) ашигладаг бөгөөд энэ нь шүлтлэг электролизер болон PEM электролизерээс илүү үр ашигтай байдаг. 1960-аад онд АНУ, Герман улсууд өндөр температурт усны уур ХИСЭ-ийн судалгаа хийж эхэлсэн. ХИСЭ электролизерийн ажиллах зарчмыг Зураг 4-т үзүүлэв. Дахин боловсруулсан устөрөгч болон усны уур нь анодоос урвалын системд ордог. Усны уур нь катод дээр устөрөгч болж электролизд ордог. Катодоос үүссэн О2 нь хатуу электролитоор дамжин анод руу шилжиж, тэнд дахин нэгдэж хүчилтөрөгч үүсгэж, электрон ялгаруулдаг.

Шүлтлэг болон протон солилцооны мембраны электролитийн эсүүдээс ялгаатай нь SOE электрод нь усны ууртай харьцах үед урвалд орж, электрод ба усны уурын харьцах хоорондох интерфейсийн талбайг хамгийн их байлгах сорилттой тулгардаг. Тиймээс SOE электрод нь ерөнхийдөө сүвэрхэг бүтэцтэй байдаг. Усны уурын электролизийн зорилго нь ердийн шингэн усны электролизийн эрчим хүчний эрчмийг бууруулж, үйл ажиллагааны зардлыг бууруулах явдал юм. Үнэндээ усны задралын урвалын нийт эрчим хүчний хэрэгцээ температур нэмэгдэхийн хэрээр бага зэрэг нэмэгддэг ч цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээ мэдэгдэхүйц буурдаг. Электролитийн температур нэмэгдэхийн хэрээр шаардлагатай энергийн нэг хэсгийг дулаан хэлбэрээр нийлүүлдэг. SOE нь өндөр температурт дулааны эх үүсвэр байгаа үед устөрөгч үйлдвэрлэх чадвартай. Өндөр температурт хийн хөргөлттэй цөмийн реакторуудыг 950°C хүртэл халааж болох тул цөмийн энергийг SOE-ийн эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглаж болно. Үүний зэрэгцээ, судалгаагаар геотермаль энерги зэрэг сэргээгдэх эрчим хүч нь уурын электролизийн дулааны эх үүсвэр болох боломжтой болохыг харуулж байна. Өндөр температурт ажиллах нь батерейны хүчдэлийг бууруулж, урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх боловч материалын дулааны тогтвортой байдал, битүүмжлэлийн сорилттой тулгардаг. Үүнээс гадна, катодоос үүссэн хий нь устөрөгчийн холимог бөгөөд үүнийг цаашид ялгаж, цэвэршүүлэх шаардлагатай бөгөөд энэ нь уламжлалт шингэн усны электролизтой харьцуулахад өртөгийг нэмэгдүүлдэг. Стронцийн цирконат зэрэг протон дамжуулагч керамикийг ашиглах нь SOE-ийн өртгийг бууруулдаг. Стронцийн цирконат нь ойролцоогоор 700°C-д маш сайн протон дамжуулах чадвартай бөгөөд катод нь өндөр цэвэршилттэй устөрөгч үйлдвэрлэхэд хувь нэмэр оруулж, уурын электролизийн төхөөрөмжийг хялбаршуулдаг.

Ян нар [6] кальцийн оксидоор тогтворжуулсан цирконий керамик хоолойг тулгуур бүтцийн SOE болгон ашигласан бөгөөд гаднах гадаргууг нь нимгэн (0.25 мм-ээс бага) сүвэрхэг лантан перовскитээр анод болгон, Ni/Y2O3 тогтвортой кальцийн оксидын керметээр катод болгон бүрсэн гэж мэдээлсэн. 1000°C, 0.4A/cm2 ба 39.3W оролтын чадалтай үед уг төхөөрөмжийн устөрөгч үйлдвэрлэх хүчин чадал 17.6NL/цаг байна. SOE-ийн сул тал нь эсүүдийн хоорондох холболтод түгээмэл тохиолддог өндөр омгийн алдагдалаас үүдэлтэй хэт хүчдэл, уурын диффузийн тээвэрлэлтийн хязгаарлалтаас үүдэлтэй өндөр хэт хүчдэлийн концентраци юм. Сүүлийн жилүүдэд хавтгай электролитийн эсүүд ихээхэн анхаарал татаж байна [7-8]. Хоолойн эсүүдээс ялгаатай нь хавтгай эсүүд нь үйлдвэрлэлийг илүү нягтруулж, устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн үр ашгийг сайжруулдаг [6]. Одоогийн байдлаар SOE-ийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд тулгарч буй гол саад тотгор нь электролитийн эсийн урт хугацааны тогтвортой байдал юм [8], электродын хөгшрөлт болон идэвхгүйжүүлэлтийн асуудал үүсч болзошгүй юм.