Пешрафт ва таҳлили иқтисодии истеҳсоли гидроген тавассути электролизи оксидҳои сахт
Электролизери оксиди сахт (SOE) барои электролиз аз буғи оби ҳарорати баланд (600 ~ 900°C) истифода мебарад, ки нисбат ба электролизери ишқорӣ ва электролизери PEM самараноктар аст. Дар солҳои 1960-ум Иёлоти Муттаҳида ва Олмон ба гузаронидани таҳқиқот дар бораи SOE буғи оби ҳарорати баланд шурӯъ карданд. Принсипи кори электролизери SOE дар расми 4 нишон дода шудааст. Гидроген ва буғи об аз анод ба системаи реаксия ворид мешаванд. Буғи об дар катод ба гидроген электролиз карда мешавад. O2, ки аз ҷониби катод истеҳсол мешавад, тавассути электролити сахт ба анод ҳаракат мекунад ва дар он ҷо дубора якҷоя мешавад, то оксигенро ташкил диҳад ва электронҳоро раҳо кунад.
Бар хилофи ҳуҷайраҳои электролитии мембранаи ишқорӣ ва мубодилаи протон, электроди SOE бо тамос бо буғи об реаксия мекунад ва бо мушкилоти ба ҳадди аксар расонидани майдони интерфейс байни тамос бо электрод ва буғи об рӯбарӯ мешавад. Аз ин рӯ, электроди SOE одатан сохтори сӯрохдор дорад. Ҳадафи электролизи буғи об кам кардани шиддати энергия ва кам кардани хароҷоти амалиётии электролизи анъанавии оби моеъ мебошад. Дар асл, гарчанде ки талаботи умумии энергия барои реаксияи таҷзияи об бо афзоиши ҳарорат каме меафзояд, талаботи энергияи барқ ба таври назаррас коҳиш меёбад. Бо афзоиши ҳарорати электролитӣ, як қисми энергияи зарурӣ ҳамчун гармӣ таъмин карда мешавад. SOE қодир аст, ки гидрогенро дар ҳузури манбаи гармии баландҳарорат истеҳсол кунад. Азбаски реакторҳои ҳастаии бо газ хунукшудаи баландҳарорат метавонанд то 950°C гарм карда шаванд, энергияи ҳастаӣ метавонад ҳамчун манбаи энергия барои SOE истифода шавад. Дар айни замон, таҳқиқот нишон медиҳанд, ки энергияи барқароршаванда, ба монанди энергияи геотермалӣ, инчунин ҳамчун манбаи гармии электролизи буғӣ потенсиал дорад. Кор дар ҳарорати баланд метавонад шиддати батареяро кам кунад ва суръати реаксияро афзоиш диҳад, аммо он инчунин бо мушкилоти устувории гармии мавод ва мӯҳркунӣ рӯбарӯ мешавад. Илова бар ин, газе, ки аз ҷониби катод истеҳсол мешавад, омехтаи гидроген аст, ки бояд минбаъд ҷудо ва тоза карда шавад, ки дар муқоиса бо электролизи анъанавии оби моеъ арзиши онро зиёд мекунад. Истифодаи сафолҳои протонгузарон, ба монанди стронций цирконат, арзиши SOE-ро коҳиш медиҳад. Цирконати стронций дар тақрибан 700°C ноқилияти аълои протонро нишон медиҳад ва барои истеҳсоли гидрогени тозагии баланд аз ҷониби катод мусоидат мекунад ва кори дастгоҳи электролизи буғиро содда мекунад.
Ян ва ҳамкорон [6] гузориш доданд, ки найчаи сафолии цирконий, ки бо оксиди калсий устувор карда шудааст, ҳамчун SOE-и сохтори дастгирӣ истифода шудааст, сатҳи берунӣ бо анод бо лантан перовскити тунук (камтар аз 0,25 мм) сӯрохдор ва ҳамчун катод бо сермети оксиди калсийи устувори Ni/Y2O3 пӯшонида шудааст. Дар ҳарорати 1000°C, 0,4A/cm2 ва қувваи вурудии 39,3W, иқтидори истеҳсоли гидроген дар дастгоҳ 17,6NL/соат аст. Камбудии SOE шиддати аз ҳад зиёд аст, ки дар натиҷаи талафоти баланди ом ба вуҷуд меояд, ки дар пайвастагиҳои байни ҳуҷайраҳо маъмуланд ва консентратсияи баланди шиддати аз ҳад зиёд аз сабаби маҳдудиятҳои интиқоли диффузияи буғ ба вуҷуд меояд. Дар солҳои охир, ҳуҷайраҳои электролитии ҳамвор таваҷҷӯҳи зиёдро ҷалб кардаанд [7-8]. Бар хилофи ҳуҷайраҳои найчадор, ҳуҷайраҳои ҳамвор истеҳсолотро фишурдатар мекунанд ва самаранокии истеҳсоли гидрогенро беҳтар мекунанд [6]. Дар айни замон, монеаи асосӣ дар татбиқи саноатии SOE устувории дарозмуддати ҳуҷайраи электролитӣ мебошад [8] ва мушкилоти пиршавӣ ва ғайрифаъолшавии электродҳо метавонанд ба вуҷуд оянд.
Вақти нашр: 06 феврали соли 2023