Uchambuzi wa maendeleo na uchumi wa uzalishaji wa hidrojeni kwa kutumia elektrolisisi ya oksidi ngumu

Uchambuzi wa maendeleo na uchumi wa uzalishaji wa hidrojeni kwa kutumia elektrolisisi ya oksidi ngumu

Kielekezi cha oksidi ngumu (SOE) hutumia mvuke wa maji wenye joto la juu (600 ~ 900°C) kwa ajili ya uchakataji wa elektroni, ambao una ufanisi zaidi kuliko kielekezi cha alkali na kielekezi cha PEM. Katika miaka ya 1960, Marekani na Ujerumani zilianza kufanya utafiti kuhusu mvuke wa maji wenye joto la juu SOE. Kanuni ya utendaji kazi ya kielekezi cha SOE imeonyeshwa kwenye Mchoro 4. Hidrojeni iliyosindikwa na mvuke wa maji huingia kwenye mfumo wa mmenyuko kutoka kwa anodi. Mvuke wa maji hubadilishwa kuwa hidrojeni kwenye kathodi. O2 inayozalishwa na kathodi hupitia elektroliti ngumu hadi kwenye anodi, ambapo huchanganyika tena ili kuunda oksijeni na kutoa elektroni.

Tofauti na seli za elektroliti za utando wa alkali na protoni, elektrodi ya SOE humenyuka kwa mguso wa mvuke wa maji na inakabiliwa na changamoto ya kuongeza eneo la kiolesura kati ya elektrodi na mguso wa mvuke wa maji. Kwa hivyo, elektrodi ya SOE kwa ujumla ina muundo wenye vinyweleo. Madhumuni ya elektroliti ya mvuke wa maji ni kupunguza nguvu ya nishati na kupunguza gharama ya uendeshaji wa elektroliti ya kawaida ya maji ya kioevu. Kwa kweli, ingawa hitaji la jumla la nishati la mmenyuko wa mtengano wa maji huongezeka kidogo kadri halijoto inavyoongezeka, hitaji la nishati ya umeme hupungua sana. Kadri halijoto ya elektroliti inavyoongezeka, sehemu ya nishati inayohitajika hutolewa kama joto. SOE ina uwezo wa kutoa hidrojeni mbele ya chanzo cha joto cha halijoto ya juu. Kwa kuwa vinu vya nyuklia vilivyopozwa na gesi ya halijoto ya juu vinaweza kupashwa joto hadi 950°C, nishati ya nyuklia inaweza kutumika kama chanzo cha nishati kwa SOE. Wakati huo huo, utafiti unaonyesha kuwa nishati mbadala kama vile nishati ya jotoardhi pia ina uwezo kama chanzo cha joto cha elektroliti ya mvuke. Kufanya kazi kwa halijoto ya juu kunaweza kupunguza voltage ya betri na kuongeza kiwango cha mmenyuko, lakini pia inakabiliwa na changamoto ya utulivu wa joto la nyenzo na kuziba. Kwa kuongezea, gesi inayozalishwa na kathodi ni mchanganyiko wa hidrojeni, ambayo inahitaji kutenganishwa zaidi na kusafishwa, na kuongeza gharama ikilinganishwa na elektrolisisi ya kawaida ya maji ya kioevu. Matumizi ya kauri zinazoendesha protoni, kama vile zirconati ya strontium, hupunguza gharama ya SOE. Strontium zirconati inaonyesha upitishaji bora wa protoni kwa takriban 700°C, na inafaa kwa kathodi kutoa hidrojeni safi sana, na kurahisisha kifaa cha elektrolisisi ya mvuke.

Yan et al. [6] waliripoti kwamba mirija ya kauri ya zirconia iliyoimarishwa na oksidi ya kalsiamu ilitumika kama SOE ya muundo unaounga mkono, uso wa nje ulikuwa umefunikwa na lanthanum perovskite nyembamba (chini ya 0.25mm) yenye vinyweleo kama anodi, na oksidi ya kalsiamu thabiti ya Ni/Y2O3 kama kathodi. Kwa nguvu ya kuingiza ya 1000°C, 0.4A/cm2 na 39.3W, uwezo wa uzalishaji wa hidrojeni wa kitengo ni 17.6NL/h. Ubaya wa SOE ni volteji kupita kiasi inayotokana na hasara kubwa ya ohm ambayo ni ya kawaida katika miunganisho kati ya seli, na mkusanyiko mkubwa wa volteji kupita kiasi kutokana na mapungufu ya usafirishaji wa mvuke. Katika miaka ya hivi karibuni, seli za elektroliti za planar zimevutia umakini mkubwa [7-8]. Tofauti na seli za mirija, seli tambarare hufanya utengenezaji kuwa mdogo zaidi na kuboresha ufanisi wa uzalishaji wa hidrojeni [6]. Kwa sasa, kikwazo kikuu cha matumizi ya viwandani ya SOE ni uthabiti wa muda mrefu wa seli ya elektroliti [8], na matatizo ya kuzeeka na kuzima kwa elektrodi yanaweza kusababishwa.