Prinsipp, typer og egenskaper ved faste oksydbrenselceller (SOFC)

I.Principle of Sofc

Solid oksidbrenselceller (SOFC)er en avansert energiteknologi som direkte konverterer kjemisk energi i hydrokarbon brensel til elektrisk energi og termisk energi gjennom elektrokjemiske reaksjoner. De har fordelene med brede drivstoffkilder, effektivitet med høy kraftproduksjon, høye avfallsvarm, stille drift, lave utslipp og modulær installasjon.

DeSofc -systemkan deles inn i en stabel og en perifer bop hjelpeenhet. Stabelen er kjernen i brenselcellen og er en enhet som direkte konverterer kjemisk energi til elektrisk energi. De perifere hjelpeenhetene som omgir bunken inkluderer forvarmingsenhet for luftforsyning, drivstoffforsyning (reformering) enhet, halegassgjenvinningsenhet, elektrisk styringsenhet og kontrollenhet.

Arbeidsprinsippet tilSofcer basert på elektrokjemiske prosesser og fungerer vanligvis ved høye temperaturer på 650 ~ 950 ℃. SOFC bruker fast oksydkeramikk (vanligvis zirkoniumoksyd) som elektrolytter, som ikke bare overfører o² -ioner, men også skiller luft og drivstoff.

Drivstoffet (vanligvis hydrogenreformert fra hydrokarboner) diffunderer gjennom anoden til elektrolyttgrensesnittet, mens luften absorberer oksygen gjennom katodeoverflaten og omdannes til o² -ioner ved katalytisk virkning av katoden. Etter å ha kommet inn i elektrolytten, diffunderer den til anoden og reagerer med drivstoffet. De tapte elektronene vender tilbake til katoden gjennom den eksterne kretsen, og genererer dermed strøm.

Sofc skjematisk diagram

Ii. Typer avSofc

I henhold til de forskjellige designformene for enhetskomponenter,Sofcer hovedsakelig delt inn i to strukturer: rørformet og flat. Den rørformede designen har god tetningsytelse og har egenskapene til langsiktig stabil drift; Den flate designen har en høy effekttetthet på grunn av den korte strømbanen.

1. Tubulær struktur

Den rørformede strukturenSofcer den tidligste og mer modne formen. Kraftproduksjonsenheten består av et rør med den ene enden lukket og den andre enden åpen, som er sammensatt av et porøst støtteør, anode, elektrolytt og katodefilm fra innsiden til utsiden.

I denne strukturelle utformingen blir drivstoffet innført fra rørkjernen og luften leveres gjennom ytterveggen på røret. Batteribunken har en stor grad av frihet og er ikke lett å sprekke; Porøs keramikk brukes som støtteorgan, og strukturen er sterk; Den har god tetningsytelse og langsiktig driftsstabilitet.

Batteriet er også relativt enkelt, og det er enkelt å kombinere batteripakker med høy effekt ved å koble til batterisceller parallelt og i serie. Imidlertid er avstanden mellom elektroder stor, banen for strøm som passerer gjennom batteriet er lang, og det indre motstandstapet er stor, så den tilsvarende strømtettheten er lav.

Tubular SOFC kraftproduksjonsenhet og systemintegrasjonsdiagram

2. flatplatestruktur

Den flate platestrukturen SOFC har en enkel geometrisk form og lave produksjonskostnader. Den består av en enkelt celle sammensatt av anode,Elektrolytt, og katodefilm. Kontakten med spor på begge sider kobler den tilstøtende katoden og anoden, og gir gasskanaler på begge sider for å skille de to gassene samtidig.

Batteriets enhet krever høye temperaturbestandig tetning ved kanten for å isolere oksygen- og drivstoffgass, og har høye krav til det bipolare tilkoblingsplatematerialet, som må matches termisk med elektrodematerialet og har god oksidasjonsmotstand og ledningsevne med høy temperatur.

Flatplate SOFC kraftproduksjonsenhet og systemintegrasjonsdiagram

Iii. Kjennetegn på Sofc

1. Høy effektivitet

Sofc konverterer drivstoffkjemisk energi på elektrokjemiske midler, og unngår energitapet av tradisjonelt forbrenningsarbeid, og kraftproduksjonseffektiviteten er så høyt som 50%~ 60%, og er ikke begrenset av skala, og småskala distribuert kraftproduksjon kan også opprettholde høy effektivitet.

2. Rike drivstoffkilder

På grunn av den høye driftstemperaturen til SOFC, kan en rekke drivstoff brukes, inkludert naturgass, biogass, etanol, metanol, etc., og drivstoffkildene er fleksible og mangfoldige.

3. Stille operasjon

I tillegg til BOP-hjelpesystemet, er det ingen roterende utstyr med høy effekt i SOFC-kraftproduksjonsprosessen, og operasjonen er stille, noe som er egnet for installasjon i stue og arbeidsområder.

4. Solid elektrolyttstabel

Ved å bruke fast oksyd som elektrolytten, er det ingen edelt metallkatalysator som kreves, lang driftsliv, enkel systemstruktur og lave storskala produksjonskostnader.

5. Lave utslipp

Det er nesten ingen forurensningsutslipp under den elektrokjemiske reaksjonen, og på grunn av den høye kraftproduksjonseffektiviteten er det nødvendig med mindre drivstoff for samme kraftproduksjon, og reduserer dermed CO2 -utslipp.

6. Modulær struktur

Sofc vedtar modulær design, som er fleksibel å installere, okkuperer et lite område, har en kort byggeperiode og er lett å markedsføre og anvende.