Solid Oxide Electrolyzer (SOEC) Mga Prinsipyo ng Teknolohiya

Sa larangan ng electrolyzing water para sa produksiyon ng hydrogen, may kasalukuyang apat na pangunahing ruta ng teknikal na ruta, lalo na ang alkalina (ALK), proton exchange membrane (PEM), anion exchange membrane (AEM) at solid oxide electrolyzer (SOEC).

Kabilang sa mga ito, ang pinakamalaking bentahe ng teknolohiyang produksyon ng tubig ng VET energy na electrolysis hydrogen production ay ang mababang pagkonsumo ng kuryente. Kung ikukumpara sa mga tanke ng alkali at PEM, nakakatipid ito ng halos 30% ng koryente. Ito ay angkop din para sa mga senaryo ng high-temperatura at mataas na presyon ng singaw.

Ang SOEC ay maaaring gumana nang baligtad, makamit ang mahusay na pag-convert ng cyclic sa pagitan ng enerhiya ng elektrikal at enerhiya ng kemikal, at magbigay ng pangmatagalang at malaking kapasidad na pag-iimbak ng enerhiya. Sa operasyon ng fuel cell mode, ang kuryente ay ginawa ng oxidizing fuel. Sa mode ng SOEC, ang kuryente ay gumagawa ng H2, syngas, atbp. Ang pagbuo ng direktang gumawa ng mga espesyalista at komersyal na kemikal bilang karagdagan sa berdeng H2. Halimbawa, ang mataas na temperatura ng SOEC ay maaaring magamit upang makabuo ng syngas sa pamamagitan ng co-electrolysis ng H2O at O2. Ang syngas ay maaaring ma -convert sa isang iba't ibang mga kemikal sa pamamagitan ng kasunod na mga reaksyon ng catalytic na may iba't ibang H2: CO ratios. Ang SOEC ay nagagawa ring mabulok ang CO2 sa CO at O2. Ang paggawa ng ammonia ng SOEC, na nagpapakain ng hangin at singaw sa mga electrolyser, ay nasa ilalim ng pag -unlad at kasalukuyang nagbubunga ay napakababa. Gayunpaman, ang ammonia ay maaaring magamit bilang gasolina sa mode ng SOFC para sa mga aplikasyon ng dagat - nasa ilalim din ito ng pag -unlad. Ang kagalingan ng operasyon na ito ay ginagawang SOEC na higit sa iba pang mga mode ng operasyon ng electrolysis.

Ang mga reaksyon ng electrochemical sa solidong mga cell ng gasolina ng oxide (SOFC) at solidong oxide electrolytic cells (SOEC), na panimula ang kabaligtaran na katapat ng solidong oxide fuel cells (SOFC).

Ang isang tipikal na tsart ng daloy ng sistema ng produksiyon ng SOEC H2 ay ipinapakita sa figure. Ang system ay idinisenyo upang makabuo ng H2 sa pamamagitan ng paggamit ng koryente at tubig. Ang mga pangunahing sangkap ng system ay kasama ang SOEC Stacks at Balancing Unit (BOP) sa serye.

Kasama sa BOP ang mga bomba ng tubig, mga palitan ng init, mga generator ng singaw, atbp. Ang preheated na tubig ay ipinakilala sa generator ng singaw upang makabuo ng singaw, at pagkatapos ay pumapasok sa electric heater upang superheat ang singaw.

Upang mabawasan ang mga kinakailangan sa kuryente at dagdagan ang kahusayan ng system ng SOEC, ang singaw ay pinainit sa maraming mga palitan ng init sa pamamagitan ng paglabas ng H2 at mga stream ng oxygen. Kung saan magagamit ang panlabas na singaw, ang scheme na ipinapakita sa figure ay maaaring ma -optimize pa.

SOEC Electrolysis na halaman ng halaman na pangkaraniwang solusyon

Sa electrolyzer, ang singaw ay nabubulok sa katod sa mga temperatura na 650 ° C -1,000 ° C, na bumubuo ng mga molekula ng H2 at mga ion ng oxygen (reaksyon ng pagbabawas ng tubig). Ang mga ion ng Oxygen ay lumipat mula sa katod hanggang sa anode, naglalabas ng mga electron sa panlabas na circuit, at maging oxygen sa pamamagitan ng reaksyon ng ebolusyon ng oxygen. Ang mataas na temperatura na init ay nagpapa-aktibo sa paglipat ng oxide ion at nagtataguyod ng mga reaksyon ng electrochemical sa parehong mga electrodes, pagpapabuti ng pangkalahatang kahusayan.

Reaksyon ng Cathodic: Sa interface ng H2 Electrode-Electrolyte, nabubulok ang singaw sa H2 at mga ion ng oxygen (Equation 1):

2 H2O + 4 E- → 2 H2 + 2 O2- (1)

Reaksyon ng Anodic: Ang mga ion ng oxygen ay dumadaan sa ceramic electrolyte, ay iginuhit sa interface ng electrolyte-oxygen, at gumawa ng oxygen (equation 2):

2 O2- → O2 + 4 E (2)

Ang Oxygen pagkatapos ay dumadaloy kasama ang anode, habang ang H2, kasama ang ilang mga halo ng singaw, ay dumadaloy sa kahabaan ng H2 electrode sa kabilang panig ng electrolyte. Sa ibaba ng electrolyser, ang stream ng produkto na mayaman ng H2 ay pinalamig pagkatapos ng palitan ng init na may stream ng inlet at pagkatapos ay dumaan sa isang separator upang paghiwalayin ang H2 mula sa condensed water stream.

SOEC Electrolyzer

Ang SOEC ay gumagamit ng isang solidong ceramic-conduct ceramic bilang electrolyte at may kakayahang gumana sa makabuluhang mas mataas na temperatura. Kasama sa mga potensyal na bentahe ang mataas na kahusayan sa kuryente, mababang gastos sa materyal at ang pagpipilian upang makabuo ng syngas [carbon monoxide (CO) at H2] mula sa singaw ng tubig (H2O) at CO2 sa reverse mode o co-electrolysis mode ng fuel cell.

Ang isang karaniwang problema sa nakaraan ay ang mataas na temperatura ng operating ay maaaring humantong sa matinding pagkasira ng materyal. Ngunit nalutas ng enerhiya ng vet ang problemang ito at nai -komersyal ang teknolohiyang ito sa pamamagitan ng pag -stabilize ng mga umiiral na materyales na sangkap, pagbuo ng mga bagong materyales, at pagbaba ng mga temperatura ng operating sa 500 ° C -700 ° C (mula sa 650 ° C -1,000 ° C).

Ang produkto ng SOEC ng enerhiya ng vet ay gumana nang mahusay, lalo na kapag gumagamit ng high-temperatura na basura ng init. Ang electrochemical conversion ng tubig ay nagbibigay -daan sa pag -iimbak ng init at kuryente sa anyo ng produksiyon ng H2. Ang berdeng H2 na ginawa ng SOEC ay maaaring higit na maproseso sa synthetic natural gas, methanol, berdeng ammonia, atbp at isinama sa isang malawak na hanay ng exothermic chemical synthesis heat, na gagawing mas mataas ang kahusayan. Ang pagsasama ng thermal ay maaari ring magamit kasabay ng mga mapagkukunan ng enerhiya tulad ng mga nukleyar na reaktor, mga halaman ng kuryente na pinaputok ng karbon, biomass, at mga incinerator ng basura.