Qattiq oksidlarni elektroliz qilish orqali vodorod ishlab chiqarishning rivojlanishi va iqtisodiy tahlili

Qattiq oksidlarni elektroliz qilish orqali vodorod ishlab chiqarishning rivojlanishi va iqtisodiy tahlili

Qattiq oksidli elektrolizator (QOE) elektroliz uchun yuqori haroratli suv bug'idan (600 ~ 900°C) foydalanadi, bu ishqoriy elektrolizator va PEM elektrolizatoriga qaraganda samaraliroq. 1960-yillarda Qo'shma Shtatlar va Germaniya yuqori haroratli suv bug'li QOE bo'yicha tadqiqotlar o'tkazishni boshladilar. QOE elektrolizatorining ishlash printsipi 4-rasmda ko'rsatilgan. Qayta ishlangan vodorod va suv bug'lari anoddan reaksiya tizimiga kiradi. Suv bug'i katodda vodorodga elektrolizlanadi. Katod tomonidan ishlab chiqarilgan O2 qattiq elektrolit orqali anodga o'tadi, u yerda kislorod hosil qilish va elektronlarni chiqarish uchun rekombinatsiyalanadi.

Ishqoriy va proton almashinuv membranasi elektrolitik hujayralaridan farqli o'laroq, SOE elektrodi suv bug'i bilan aloqa qilish bilan reaksiyaga kirishadi va elektrod va suv bug'i bilan aloqa qilish orasidagi interfeys maydonini maksimal darajada oshirish muammosiga duch keladi. Shuning uchun, SOE elektrodi odatda g'ovakli tuzilishga ega. Suv bug'i elektrolizining maqsadi an'anaviy suyuq suv elektrolizining energiya intensivligini kamaytirish va ish xarajatlarini kamaytirishdir. Aslida, suvning parchalanish reaksiyasining umumiy energiya talabi harorat oshishi bilan biroz oshsa-da, elektr energiyasiga talab sezilarli darajada kamayadi. Elektrolitik harorat oshishi bilan talab qilinadigan energiyaning bir qismi issiqlik sifatida ta'minlanadi. SOE yuqori haroratli issiqlik manbai ishtirokida vodorod ishlab chiqarishga qodir. Yuqori haroratli gaz bilan sovutilgan yadro reaktorlarini 950°C gacha qizdirish mumkinligi sababli, yadro energiyasi SOE uchun energiya manbai sifatida ishlatilishi mumkin. Shu bilan birga, tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, geotermal energiya kabi qayta tiklanadigan energiya ham bug' elektrolizining issiqlik manbai sifatida salohiyatga ega. Yuqori haroratda ishlash batareya kuchlanishini kamaytirishi va reaksiya tezligini oshirishi mumkin, ammo u materialning termal barqarorligi va muhrlanishi muammosiga ham duch keladi. Bundan tashqari, katod tomonidan ishlab chiqarilgan gaz vodorod aralashmasidir, uni qo'shimcha ajratish va tozalash kerak, bu an'anaviy suyuq suv elektroliziga nisbatan narxni oshiradi. Stronsiy sirkonat kabi proton o'tkazuvchi keramikadan foydalanish SOE narxini pasaytiradi. Stronsiy sirkonat taxminan 700°C da ajoyib proton o'tkazuvchanligini ko'rsatadi va katodning yuqori tozalikdagi vodorod ishlab chiqarishiga yordam beradi, bu esa bug' elektroliz qurilmasini soddalashtiradi.

Yan va boshqalar [6] kaltsiy oksidi bilan stabilizatsiya qilingan sirkoniy keramik naycha qo'llab-quvvatlovchi strukturaning SOE sifatida ishlatilganligini, tashqi yuzasi anod sifatida yupqa (0,25 mm dan kam) g'ovakli lantan perovskit va katod sifatida Ni/Y2O3 barqaror kaltsiy oksidi sermet bilan qoplanganligini xabar qilishdi. 1000°C, 0,4A/sm2 va 39,3 Vt kirish quvvatida qurilmaning vodorod ishlab chiqarish quvvati 17,6NL/soatni tashkil qiladi. SOE ning kamchiligi - bu elementlar orasidagi o'zaro bog'liqliklarda keng tarqalgan yuqori ohm yo'qotishlaridan kelib chiqadigan ortiqcha kuchlanish va bug' diffuziyasi transportining cheklovlari tufayli yuqori ortiqcha kuchlanish konsentratsiyasi. So'nggi yillarda tekis elektrolitik elementlar katta e'tiborni tortdi [7-8]. Naychali elementlardan farqli o'laroq, yassi elementlar ishlab chiqarishni yanada ixcham qiladi va vodorod ishlab chiqarish samaradorligini oshiradi [6]. Hozirgi vaqtda SOE ning sanoat qo'llanilishiga asosiy to'siq elektrolitik elementning uzoq muddatli barqarorligidir [8] va elektrodlarning qarishi va o'chirilishi muammolari paydo bo'lishi mumkin.