Katı oksitlerin elektrolizi ile hidrojen üretiminin ilerlemesi ve ekonomik analizi
Katı oksit elektrolizörü (SOE), alkali elektrolizörden ve PEM elektrolizöründen daha verimli olan elektroliz için yüksek sıcaklıkta su buharı (600 ~ 900°C) kullanır. 1960'larda, Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya yüksek sıcaklıkta su buharı SOE üzerinde araştırma yapmaya başladı. SOE elektrolizörünün çalışma prensibi Şekil 4'te gösterilmiştir. Geri dönüştürülmüş hidrojen ve su buharı, reaksiyon sistemine anottan girer. Su buharı, katotta hidrojene elektrolize edilir. Katot tarafından üretilen O2, katı elektrolitten anoda hareket eder ve burada oksijen oluşturmak ve elektronları serbest bırakmak için yeniden birleşir.
Alkali ve proton değişim membranlı elektrolitik hücrelerin aksine, SOE elektrodu su buharı temasıyla reaksiyona girer ve elektrot ile su buharı teması arasındaki arayüz alanını en üst düzeye çıkarma zorluğuyla karşı karşıyadır. Bu nedenle, SOE elektrodu genellikle gözenekli bir yapıya sahiptir. Su buharı elektrolizinin amacı, enerji yoğunluğunu azaltmak ve geleneksel sıvı su elektrolizinin işletme maliyetini düşürmektir. Aslında, su ayrışma reaksiyonunun toplam enerji gereksinimi artan sıcaklıkla birlikte biraz artsa da, elektrik enerjisi gereksinimi önemli ölçüde azalır. Elektrolitik sıcaklık arttıkça, gereken enerjinin bir kısmı ısı olarak sağlanır. SOE, yüksek sıcaklıkta bir ısı kaynağının varlığında hidrojen üretebilir. Yüksek sıcaklıktaki gaz soğutmalı nükleer reaktörler 950°C'ye kadar ısıtılabildiğinden, nükleer enerji SOE için bir enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Aynı zamanda, araştırmalar jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerjinin de buhar elektrolizinin ısı kaynağı olarak potansiyeli olduğunu göstermektedir. Yüksek sıcaklıkta çalışmak, pil voltajını azaltabilir ve reaksiyon hızını artırabilir, ancak aynı zamanda malzeme termal kararlılığı ve sızdırmazlık zorluğuyla da karşı karşıyadır. Ek olarak, katot tarafından üretilen gaz, daha fazla ayrıştırılması ve saflaştırılması gereken bir hidrojen karışımıdır ve bu da geleneksel sıvı su elektrolizine kıyasla maliyeti artırır. Stronsiyum zirkonat gibi proton ileten seramiklerin kullanımı, SOE maliyetini düşürür. Stronsiyum zirkonat, yaklaşık 700°C'de mükemmel proton iletkenliği gösterir ve katodun yüksek saflıkta hidrojen üretmesine yardımcı olarak buhar elektroliz cihazını basitleştirir.
Yan ve diğerleri [6], kalsiyum oksitle stabilize edilmiş zirkonyum seramik tüpün destekleyici yapının SOE'si olarak kullanıldığını, dış yüzeyin anot olarak ince (0,25 mm'den az) gözenekli lantan perovskit ve katot olarak Ni/Y2O3 kararlı kalsiyum oksit sermet ile kaplandığını bildirdi. 1000 °C, 0,4A/cm2 ve 39,3W giriş gücünde, ünitenin hidrojen üretim kapasitesi 17,6NL/saattir. SOE'nin dezavantajı, hücreler arasındaki bağlantılarda yaygın olan yüksek ohm kayıplarından kaynaklanan aşırı voltaj ve buhar difüzyon taşımacılığının sınırlamalarından kaynaklanan yüksek aşırı voltaj konsantrasyonudur. Son yıllarda, düzlemsel elektrolitik hücreler çok ilgi çekmiştir [7-8]. Tübüler hücrelerin aksine, düz hücreler üretimi daha kompakt hale getirir ve hidrojen üretim verimliliğini artırır [6]. Şu anda, SOE'nin endüstriyel uygulamasının önündeki en büyük engel, elektrolitik hücrenin uzun vadeli kararlılığıdır [8] ve elektrot yaşlanması ve devre dışı kalma sorunları ortaya çıkabilir.
Gönderi zamanı: Şub-06-2023