Основний склад паливного елемента твердого оксиду (SOFC)

Основні компоненти aОдин паливний елементє електролітом,Ода, катод та взаємозв'язок або біполярний сепаратор, як показано на малюнку 1.5.

Різні складові матеріали, що складаютьпаливний елементповинна мати хорошу стабільність в окислювальній та (або) зниженні атмосфери, включаючи хімічну стабільність, стабільність кристала та стабільність зовнішніх розмірів; хімічна сумісність між собою; Відповідна електропровідність та подібні коефіцієнти теплового розширення. В той же час,електроліта взаємозв'язок повинен бути повністю щільним, щоб запобігти проникненню та змішуванню паливного газу та кисню; Анод та катод повинні бути пористими, щоб полегшити проникнення газу до місця реакції. Конкретні вимоги різних компонентів паливного елемента показані в таблиці 1.6.

I. Електролітні матеріали

Електроліт вSofcє серцевиною акумулятора і, як правило, виготовляється з оксидної кераміки, тобто спілого твердого розчину електролітового стабілізованого Zro2. Продуктивність електроліту безпосередньо визначає робочу температуру та продуктивність акумулятора.

Опір чистого Zro2 при 1000 ℃ становить 107 Ом/см, що близьке до ізоляційних матеріалів. В даний час тверді електроліти на основі Zro2, які широко використовуються в SOFC, використовують певні двовалентні або тривалентні оксиди для допій Zro2 для заміни положення Zr^(4+) з низько валентними іонами металів. В результаті не тільки ZRO2 (фторутна структура) має стабільну фазову структуру від кімнатної температури до високої температури (1000 ℃), але й більше O^(2-) вакансії генеруються в ній за рахунок компенсації заряду, тим самим збільшуючи іонну провідність Zro2 до 10^(-2) s/cm, і в той же час, що розширює діапазон оксинного тиску. У цьому стабілізованому ZRO2 вакансії O^(2-) використовуються як середовище, тобто механізм вакансії використовується для виявлення провідності O^(2-).

В даний час найпоширенішим матеріалом, що використовується як електроліт, є ZRO2, стабілізований Y2O3 (скорочений як YSZ), провідність іонів якої суттєво не змінюється, коли частковий тиск кисню змінюється на більш ніж на десять порядків. В даний час, як підготувати фільм YSZ з відповідним виступом - це гаряче місце та труднощі в дослідженні людей.

Ii. Анодний матеріал

Електродний матеріал SOFC - це, перш за всекаталізатор. Анодний матеріал вимагає високої електронної провідності, стабільності в атмосфері, що знижується, та хорошої проникності повітря. Тому платина зазвичай використовується, але платина дорога. Використання металевих матеріалів, таких як нікель та кобальт, спричинить невідповідність теплової розширення та адгезію, а тривала високотемпературна робота також зменшить його пористість. Поточний напрямок дослідження-використовувати металеву кераміку як анодні матеріали, а тим ідеальним є Ni-композитовий YSZ. Основне завдання-вивчити розумні процеси та підготувати композитні матеріали NI-YSZ з відповідними продуктивністю.

Iii. Катодний матеріал

КатодSofcсхожий на анод, а також має бути пористою електронною провідною плівкою. Оскільки катод акумулятора працює в атмосфері з високою температурою та відіграє роль передачі електронів та передачі кисню, вимоги до катодного матеріалу відносно суворі. Катодний матеріал повинен мати високу електропровідність, високотемпературну стійкість до окислення та високотемпературну термічну стійкість, і не повинен хімічно реагувати з електролітом. Традиційний матеріал - це металева платина, а нещодавня розробка - це допедна оксидна кераміка - Lamno3. Як катодний матеріал SOFC, велика кількість експериментів довела, що LA1-XSR XMNO3 є кращим катодним матеріалом.

Iv. Матеріал з'єднувача

Електролітні та електродні матеріали разом утворюють одиночний акумулятор три в одному. Потужність одного акумулятора обмежена і може генерувати лише напругу близько 1 В. Для отримання акумуляторної батареї з високою потужністю потрібно з'єднати кілька поодиноких акумуляторів різними способами (серія, паралельні та змішані), які вимагають матеріалів роз'єму та ущільнювальних матеріалів. У SOFC компонент з'єднувача повинен мати хорошу електронну провідність та стабільність при високих температурах. В даний час лише кілька оксидів можуть використовуватися як матеріали для з'єднувачів SOFC, такі як хромат лантан (Lacro3) з перовскітською структурою. Високотемпературні сплави, що використовуються як матеріали для роз'єму SOFC, також є дослідницькою точкою.

V. Герметичні матеріали та інші

Ущільнювальні матеріали використовуються для з'єднання електролітних матеріалів та роз'ємних матеріалів разом. Вони повинні бути стійкими до високих температур. Під температурою реакції акумулятора (700 ~ 1000 ℃) їх, як правило, готують скляним керамічним змішаним плавленням. Крім того, потрібні інші допоміжні матеріали, такі як корундичні трубки як кисневі газові камери та кварцові трубки як камери паливного газу. Усі вони мають повітряні входи та торгові точки, і їх потрібно запечатати та підключити.

Vi. Асамблея по одній клітині

Масштабний SOFC-це акумуляторна упаковка, що складається з одиночних клітин, складених у різних структурах. В даний час було розроблено чотири типи акумуляторних пакетів, включаючи трубчасті, серійні, блокові та плоскі. У практичних застосуванні окремі паливні елементи підключаються послідовно та/або паралельно створити акумулятор для задоволення конкретних застосувань.

У одній паливній комірок, показаній на малюнку 1.5, анод, електроліт та катод утворюють композитну структуру три в одному. У фактичних дослідженнях та обробці було сформовано чотири різних структурних типів: ущільнювач менше трубчастої конструкції, конструкція сегментованої клітини в серії, монолітна конструкція та дизайн плоскої пластини. Структурна схематична схема показана на малюнку 1.6.