Pangunahing Komposisyon ng Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

Ang pangunahing sangkap ng aSingle Fuel Cellay electrolyte, anODE, Cathode at Interconnect o Bipolar Separator, tulad ng ipinapakita sa Figure 1.5.

Ang iba't ibang mga sangkap na sangkap na bumubuo saFuel Celldapat magkaroon ng mahusay na katatagan sa pag -oxidizing at (o) pagbabawas ng mga atmospheres, kabilang ang katatagan ng kemikal, katatagan ng kristal at katatagan ng mga panlabas na sukat; pagiging tugma ng kemikal sa bawat isa; naaangkop na elektrikal na kondaktibiti at katulad na mga koepisyentong pagpapalawak ng thermal. Kasabay nito, angElectrolyteat ang interconnect ay kinakailangan upang maging ganap na siksik upang maiwasan ang pagtagos at paghahalo ng gasolina ng gas at oxygen; Ang anode at katod ay dapat na porous upang mapadali ang pagtagos ng gas sa site ng reaksyon. Ang mga tiyak na kinakailangan ng iba't ibang mga sangkap ng cell ng gasolina ay ipinapakita sa Talahanayan 1.6.

I. Mga Materyales ng Electrolyte

Ang electrolyte saSofcay ang core ng baterya, at sa pangkalahatan ay gawa sa mga keramika ng oxide, iyon ay, sintered solid solution electrolyte-ganap na nagpapatatag na ZRO2. Ang pagganap ng electrolyte ay direktang tumutukoy sa temperatura ng operating at pagganap ng baterya.

Ang resistivity ng purong ZRO2 sa 1000 ℃ ay 107 Ω/cm, na malapit sa mga materyales na insulating. Sa kasalukuyan, ang mga solidong electrolyte batay sa ZRO2, na malawakang ginagamit sa SOFC, gumamit ng ilang mga divalent o trivalent oxides sa dope zro2 upang palitan ang posisyon ng Zr^(4+) na may mababang-valent na mga metal na ions. Bilang isang resulta, hindi lamang ang ZRO2 (istraktura ng fluorite) ay may isang matatag na istraktura ng phase mula sa temperatura ng silid hanggang sa mataas na temperatura (1000 ℃), ngunit din mas maraming o^(2-) ang mga bakante ay nabuo sa loob nito dahil sa singil ng kabayaran, sa gayon ang pagtaas ng ionic conductivity ng ZRO2 hanggang 10^(-2) S/cm, at sa parehong oras na nagpapalawak ng bahagyang bahagi ng presyon ng oxygen. Sa nagpapatatag na ZRO2, ang mga bakanteng O^(2-) ay ginagamit bilang isang daluyan, iyon ay, ang mekanismo ng bakante ay ginagamit upang ipakita ang o^(2-) conductivity.

Sa kasalukuyan, ang pinakakaraniwang materyal na ginamit bilang electrolyte ay Y2O3-stabilized ZRO2 (pinaikling bilang YSZ), na ang pag-uugali ng ion ay hindi nagbabago nang malaki kapag nagbabago ang bahagyang presyon ng oxygen ng higit sa sampung mga order ng magnitude. Sa kasalukuyan, kung paano ihanda ang YSZ film na may angkop na pagganap ay isang mainit na lugar at kahirapan sa pananaliksik ng mga tao.

Ii. Materyal na anode

Ang elektrod na materyal ng SOFC ay una sa lahat aCatalyst. Ang materyal na anode ay nangangailangan ng mataas na elektronikong kondaktibiti, katatagan sa isang pagbabawas ng kapaligiran at mahusay na pagkamatagusin ng hangin. Samakatuwid, ang platinum ay karaniwang ginagamit, ngunit ang platinum ay mahal. Ang paggamit ng mga materyales na metal tulad ng nikel at kobalt ay magiging sanhi ng mga problema sa pagpapalawak ng thermal at pagdirikit, at ang pangmatagalang operasyon na may mataas na temperatura ay mababawasan din ang porosity nito. Ang kasalukuyang direksyon ng pananaliksik ay ang paggamit ng mga metal na keramika bilang mga materyales sa anode, at ang mas mainam na isa ay ang Ni-Composite YSZ. Ang pangunahing gawain ay ang pag-aralan ang mga makatuwirang proseso at maghanda ng mga composite na materyales ng NI-YSZ na may angkop na pagganap.

III. Materyal ng katod

Ang katod ngSofcay katulad ng anode at dapat ding maging isang porous electronic conductive film. Dahil ang katod ng baterya ay gumagana sa isang mataas na temperatura na oxidizing na kapaligiran at gumaganap ng papel ng paglilipat ng mga electron at pagpapadala ng oxygen, ang mga kinakailangan para sa materyal na katod ay medyo mahigpit. Ang materyal na katod ay dapat magkaroon ng mataas na kondaktibiti ng kuryente, mataas na temperatura na paglaban ng oksihenasyon at mataas na temperatura na thermal na katatagan, at hindi dapat gumanti nang chemically sa electrolyte. Ang tradisyunal na materyal ay metal platinum, at ang kamakailang pag -unlad ay doped oxide ceramics - Lamno3. Bilang ang materyal na katod ng SOFC, ang isang malaking bilang ng mga eksperimento ay napatunayan na ang LA1-XSR XMNO3 ay ang ginustong materyal na katod.

Iv. Materyal ng konektor

Ang mga materyales na electrolyte at elektrod ay magkasama ay bumubuo ng isang three-in-one solong yunit ng baterya. Ang lakas ng isang solong baterya ay limitado at maaari lamang makabuo ng isang boltahe ng tungkol sa 1V. Upang makakuha ng isang mataas na kapangyarihan pack ng baterya, maraming mga solong baterya ay dapat na konektado nang magkasama sa iba't ibang mga paraan (serye, kahanay, at halo-halong), na nangangailangan ng mga materyales ng konektor at mga materyales sa sealing. Sa SOFC, ang sangkap ng konektor ay kinakailangan upang magkaroon ng mahusay na elektronikong kondaktibiti at katatagan sa mataas na temperatura. Sa kasalukuyan, kakaunti lamang ang mga oxides ang maaaring magamit bilang mga materyales sa konektor ng SOFC, tulad ng lanthanum chromate (Lacro3) na may istrukturang perovskite. Ang mga materyales na haluang metal na may mataas na temperatura na ginamit bilang mga materyales sa konektor ng SOFC ay isang hotspot din ng pananaliksik.

V. Mga materyales sa pagbubuklod at iba pa

Ang mga materyales sa pagbubuklod ay ginagamit upang ikonekta ang mga materyal na electrolyte at mga materyales ng konektor nang magkasama. Kinakailangan silang maging lumalaban sa mataas na temperatura. Sa ilalim ng temperatura ng reaksyon ng baterya (700 ~ 1000 ℃), sa pangkalahatan ay inihanda sila ng glass-ceramic na pinaghalong pagtunaw. Bilang karagdagan, ang iba pang mga pandiwang pantulong ay kinakailangan, tulad ng mga corundum tubes bilang mga silid ng oxygen gas at quartz tubes bilang mga gasolina ng gasolina. Lahat sila ay may mga air inlet at saksakan at kailangang mai -seal at konektado.

Vi. Single Cell Assembly

Ang malakihang SOFC ay isang pack ng baterya na binubuo ng mga solong cell na nakasalansan sa iba't ibang mga istraktura. Sa kasalukuyan, apat na uri ng mga pack ng baterya ang binuo, kabilang ang tubular, serial, block, at flat. Sa mga praktikal na aplikasyon, ang mga indibidwal na selula ng gasolina ay konektado sa serye at/o kahanay upang makabuo ng isang pack ng baterya upang matugunan ang mga tukoy na aplikasyon.

Sa nag-iisang cell ng gasolina na ipinapakita sa Figure 1.5, ang anode, electrolyte, at katod ay bumubuo ng isang three-in-one composite na istraktura. Sa aktwal na pananaliksik at pagproseso, apat na magkakaibang mga uri ng istruktura ang nabuo: selyo ng mas kaunting disenyo ng tubular, disenyo ng segment-cell-in-series, disenyo ng monolitik, at disenyo ng flat-plate. Ang diagram ng istruktura ng eskematiko ay ipinapakita sa Larawan 1.6.