Принцип, типи та характеристики твердих оксидних паливних елементів (SOFC)

I.crinciple of Sofc

Тверді оксидні паливні елементи (SOFC)є вдосконаленою енергетичною технологією, яка безпосередньо перетворює хімічну енергію в вуглеводневе паливо в електричну енергію та теплову енергію за допомогою електрохімічних реакцій. Вони мають переваги широких джерел палива, ефективності виробництва високої потужності, високої якості тепла, спокійної роботи, низьких викидів та модульної установки.

ЗСистема SofcМожна розділити на стек та допоміжну одиницю периферійного BOP. Стек - це ядро ​​паливного елемента і є пристроєм, який безпосередньо перетворює хімічну енергію в електричну енергію. До периферійних допоміжних одиниць, що оточують стек, належать агрегат попереднього нагрівання повітря, блок подачі палива (реформування), блок відновлення хвостових газів, блок управління електрикою та блок управління.

Принцип роботиSofcзаснований на електрохімічних процесах і зазвичай працює при високих температурах 650 ~ 950 ℃. SOFC використовує суцільну оксидну кераміку (зазвичай оксид цирконію) як електроліти, які не тільки переносять іони O²⁻, але й відокремлюють повітря та паливо.

Паливо (як правило, водень, реформований від вуглеводнів) дифундує через анод до електролітового інтерфейсу, в той час як повітря поглинає кисень через поверхню катода і перетворюється в іони O²⁻ за допомогою каталітичної дії самого катода. Після введення електроліту він дифундує на анод і реагує з паливом. Загублені електрони повертаються до катода через зовнішній ланцюг, тим самим виробляючи електроенергію.

Схематична схема Sofc

Ii. ТипиSofc

Відповідно до різних форм дизайну компонентів одиниць,Sofcв основному поділяється на дві конструкції: трубчасті та плоскі. Трубчаста конструкція має хорошу герметичну продуктивність і має характеристики довгострокової стабільної роботи; Плоска конструкція має високу щільність потужності за рахунок короткого шляху струму.

1. Дитулярна структура

Трубчаста структураSofcє найдавнішою і зрілішою формою. Його одиниця виробництва живлення складається з трубки з одним закритим кінцем, а інший кінець відкритий, що складається з пористої опорної трубки, анода, електроліту та катодної плівки зсередини назовні.

У цій конструкційній конструкції паливо вводиться з ядра трубки, а повітря постачається через зовнішню стінку трубки. Його стек акумулятора має великий ступінь свободи і його нелегко зламати; Пориста кераміка використовується як опорний тіло, а структура сильна; Він має хорошу герметичну продуктивність та довгострокову стабільність роботи.

Його збірка акумулятора також порівняно проста, і легко поєднувати акумуляторні пакети з високою потужністю, підключивши акумуляторні комірки паралельно та послідовно. Однак відстань між електродами великий, шлях струму, що проходить через акумулятор, довгий, а втрата внутрішнього опору великий, тому відповідна щільність потужності низька.

Трубчасте блок генерації живлення SOFC та діаграма інтеграції системи

2. Плоска конструкція пластини

Плоска конструкція пластини SOFC має просту геометричну форму та низьку вартість виробництва. Вона складається з однієї клітини, що складається з анода,електроліт, і катодна плівка. Роз'єм з канавками з обох сторін з'єднує сусідній катод і анод, і забезпечує газові канали з обох сторін, щоб одночасно розділити два гази.

Його акумулятор вимагає високотемпературної стійкої герметизації на краю для ізоляції кисню та паливного газу, і має високі вимоги до біполярного сполучного матеріалу пластини, який потрібно термічно узгоджувати з електродним матеріалом та мати хороший високотемпературний окислювальний опір та провідність.

Блок генерації живлення та інтеграція системи Sofc

Iii. Характеристики Sofc

1. Висока ефективність

Sofc перетворює паливну хімічну енергію за допомогою електрохімічних засобів, уникаючи втрати енергії традиційних робочих робіт з горінням, а ефективність виробництва електроенергії становить 50%~ 60%, і не обмежується масштабом, а дрібна розподілена виробництво електроенергії також може підтримувати високу ефективність.

2. Багаті джерела палива

Завдяки високій робочій температурі SOFC можна використовувати різноманітні паливи, включаючи природний газ, біогаз, етанол, метанол тощо, а джерела палива є гнучкими та різноманітними.

3. Тиха операція

На додаток до допоміжної системи BOP, в процесі виробництва потужності SOFC не існує високопотужного обертового обладнання, а операція тихо, що підходить для встановлення в живих та робочих зонах.

4. Суцільний стек електролітів

Використовуючи суцільний оксид як електроліт, не потрібен каталізатор дорогоцінного металу, тривалий термін експлуатації, проста структура системи та низька масштабна вартість виробництва.

5. Низькі викиди

Практично не існує викидів забруднюючих речовин під час електрохімічної реакції, і через ефективність виробництва високої потужності потрібно менше палива для одного і того ж виробництва електроенергії, тим самим зменшуючи викиди CO2.

6. Модульна структура

Sofc приймає модульну конструкцію, яка є гнучкою для встановлення, займає невелику площу, має короткий період будівництва, і його легко сприяти та застосовувати.