Načelo, vrste in značilnosti gorivnih celic s trdnim oksidom (SOFC)

I.Pricip SOFC

Gorilne celice s trdnim oksidom (SOFC)so napredna energetska tehnologija, ki neposredno pretvori kemijsko energijo v ogljikovodikovih gorivih v električno energijo in toplotno energijo z elektrokemičnimi reakcijami. Imajo prednosti širokih virov goriva, učinkovitosti z visoko proizvodnjo energije, visoko kakovost toplote odpadkov, tiho delovanje, nizke emisije in modularno namestitev.

TheSistem SOFClahko razdelimo na kup in periferno pomožno enoto. Stack je jedro gorivne celice in je naprava, ki kemično energijo neposredno pretvori v električno energijo. Periferne pomožne enote, ki obdajajo sklad, vključujejo enoto za predgrevanje napajanja zraka, enoto za oskrbo z gorivom (reformiranje), enoto za obnavljanje repnega plina, enoto za upravljanje električne energije in nadzorno enoto.

Delovno načeloSOFCtemelji na elektrokemijskih procesih in običajno deluje pri visokih temperaturah 650 ~ 950 ℃. SOFC uporablja trdno oksidno keramiko (ponavadi cirkonijev oksid) kot elektroliti, ki ne samo prenašajo ione o²⁻, ampak tudi ločijo zrak in gorivo.

Gorivo (običajno vodik, reformiran iz ogljikovodikov) razprši skozi anodo do vmesnika elektrolita, medtem ko zrak absorbira kisik skozi katodno površino in se pretvori v o²⁻ ione s katalitičnim delovanjem same katode. Po vstopu v elektrolit se razprši na anodo in reagira z gorivom. Izgubljeni elektroni se vrnejo v katodo skozi zunanje vezje in s tem ustvarjajo elektriko.

Shematični diagram SOFC

Ii. VrsteSOFC

Glede na različne oblike oblik sestavnih delov enoteSOFCje v glavnem razdeljen na dve strukturi: cevasti in ravni. Cevasta zasnova ima dobro tesnjenje in ima značilnosti dolgoročnega stabilnega delovanja; Ravna zasnova ima veliko gostoto moči zaradi kratke tokovne poti.

1.Bularna struktura

Cevasta strukturaSOFCje najzgodnejša in bolj zrela oblika. Njegova enota za proizvodnjo električne energije je sestavljena iz cevi z zaprtim koncem, na drugem koncu pa odprtega, ki je sestavljen iz porozne podporne cevi, anode, elektrolita in katodnega filma od znotraj navzven.

V tej konstrukcijski zasnovi se gorivo vnaša iz jedra cevi, zrak pa se dovaja skozi zunanjo steno cevi. Njen baterijski niz ima veliko svobodo in ni enostavno razpokati; Porozna keramika se uporablja kot podporno telo, struktura pa je močna; Ima dobro zmogljivost tesnjenja in dolgoročno stabilnost delovanja.

Njegova akumulatorska sklop je tudi razmeroma preprosta in je enostavno kombinirati baterijske pakete z visoko močjo s povezovanjem baterijskih celic vzporedno in v seriji. Vendar je razmik med elektrodami velik, pot toka, ki prehaja skozi baterijo, je dolga, notranja izguba odpornosti pa velika, zato je ustrezna gostota moči nizka.

Enota za proizvodnjo energije SOFC in diagram integracije sistema

2. struktura plošča

Struktura ploščate plošče SOFC ima preprosto geometrijsko obliko in nizke stroške izdelave. Sestavljen je iz ene same celice, sestavljene iz anode,Elektrolitin katodni film. Priključek z utori na obeh straneh povezuje sosednjo katodo in anodo ter zagotavlja plinske kanale na obeh straneh, da hkrati ločite oba plina.

Njegov sklop baterije zahteva visokotemperaturno odporno tesnjenje na robu, da se izolira kisik in gorivni plin, in ima velike potrebe za bipolarni material za povezovalne plošče, ki ga je treba toplotno uskladiti z elektrodnim materialom in imeti dobro visokotemperaturno oksidacijsko odpornost in prevodnost.

Diagram za proizvodnjo električne energije SOFC z ravnimi ploščami in sistemsko integracijo

Iii. Značilnosti SOFC

1. visoka učinkovitost

SOFC pretvori kemijsko energijo goriva z elektrokemičnimi sredstvi, pri čemer se izogne ​​izgubi energije tradicionalnega zgorevalnega dela, učinkovitost proizvodnje energije pa je kar 50%~ 60%in ni omejena s lestvico, majhna porazdeljena proizvodnja električne energije pa lahko ohrani tudi visoko učinkovitost.

2. Bogati viri goriva

Zaradi visoke delovne temperature SOFC se lahko uporabijo različna goriva, vključno z zemeljskim plinom, bioplinom, etanolom, metanolom itd., Viri goriva pa so prožni in raznoliki.

3. Tiha operacija

Poleg pomožnega sistema BOP v procesu proizvodnje električne energije SOFC ni visoko moči, operacija pa je tiha, ki je primerna za namestitev v bivalna in delovna območja.

4. trden elektrolit

Z uporabo trdnega oksida kot elektrolita ni potreben katalizator dragocenih kovin, dolgo življenjsko dobo, preprosta sistemska struktura in nizke velike proizvodne stroške.

5. nizke emisije

Med elektrokemijsko reakcijo skoraj ni emisij onesnaževal in zaradi učinkovitosti visoke proizvodnje energije je za isto proizvodnjo energije potrebno manj goriva, s čimer se zmanjša emisije CO2.

6. Modularna struktura

SOFC sprejme modularno zasnovo, ki je prilagodljiva za namestitev, zavzema majhno območje, ima kratko konstrukcijsko obdobje in ga je enostavno promovirati in uporabiti.