Princip, typer og egenskaber ved faste oxidbrændselsceller (SOFC)

I.princip af SOFC

Solidoxidbrændselsceller (SOFC)er en avanceret energiteknologi, der direkte konverterer kemisk energi i carbonhydridbrændstoffer til elektrisk energi og termisk energi gennem elektrokemiske reaktioner. De har fordelene ved brede brændstofkilder, effektivitet i høj kraftproduktion, høj affaldsvarmekvalitet, stille drift, lave emissioner og modulopbygget installation.

DeSOFC -systemkan opdeles i en stak og en perifer BOP -hjælpeenhed. Stakken er kernen i brændselscellen og er en enhed, der direkte omdanner kemisk energi til elektrisk energi. De perifere hjælpeenheder, der omgiver stakken, inkluderer forvarmningsenhed for luftforsyning, brændstofforsyning (reformering) enhed, hale gasgenvindingsenhed, elektrisk styringsenhed og kontrolenhed.

Arbejdsprincippet omSOFCer baseret på elektrokemiske processer og fungerer normalt ved høje temperaturer på 650 ~ 950 ℃. SOFC bruger fastoxidkeramik (normalt zirkoniumoxid) som elektrolytter, som ikke kun overfører O²⁻ -ioner, men også adskiller luft og brændstof.

Brændstoffet (normalt brint reformeret fra kulbrinter) diffunderer gennem anoden til elektrolytgrænsefladen, mens luften absorberer ilt gennem katodeoverfladen og omdannes til O²⁻ioner ved selve katalytiske virkningen af ​​selve katoden. Efter at have indtastet elektrolytten diffunderer den til anoden og reagerer med brændstoffet. De mistede elektroner vender tilbage til katoden gennem det ydre kredsløb og genererer derved elektricitet.

SOFC skematisk diagram

Ii. Typer afSOFC

I henhold til de forskellige designformer af enhedskomponenter,SOFCer hovedsageligt opdelt i to strukturer: rørformet og fladt. Det rørformede design har god forseglingsydelse og har egenskaberne ved langvarig stabil drift; Det flade design har en høj effekttæthed på grund af den korte aktuelle sti.

1.Tubular Structure

Den rørformede strukturSOFCer den tidligste og mere modne form. Dens kraftproduktionsenhed består af et rør med den ene ende lukket og den anden ende åben, som er sammensat af et porøst støttør, anode, elektrolyt og katodefilm udefra til ydersiden.

I dette strukturelle design indføres brændstoffet fra rørkernen, og luften leveres gennem den ydre væg af røret. Dens batteri stak har en stor grad af frihed og er ikke let at knække; Porøs keramik bruges som støttekrop, og strukturen er stærk; Det har god forseglingsydelse og langvarig driftsstabilitet.

Dens batterisamling er også relativt enkel, og det er let at kombinere batteripakker med høj effekt ved at tilslutte batterceller parallelt og i serie. Imidlertid er afstanden mellem elektroder stor, stien for strøm, der passerer gennem batteriet, er lang, og det interne modstandstab er stort, så den tilsvarende effekttæthed er lav.

Rørformet SOFC -kraftproduktionsenhed og systemintegrationsdiagram

2. flad pladestruktur

SOFC med flad pladestruktur har en simpel geometrisk form og lave produktionsomkostninger. Det består af en enkelt celle sammensat af anode,Elektrolytog katodefilm. Stikket med riller på begge sider forbinder den tilstødende katode og anode og leverer gaskanaler på begge sider for at adskille de to gasser på samme tid.

Dens batterisamling kræver høj temperaturresistent forsegling ved kanten for at isolere ilt og brændstofgas og har høje krav til bipolar forbindelsesplademateriale, som skal termisk matches med elektrodematerialet og har god høj temperaturoxidationsmodstand og ledningsevne.

Fladplade SOFC kraftproduktionsenhed og systemintegrationsdiagram

III. Karakteristika ved SOFC

1. høj effektivitet

SOFC konverterer brændstofkemisk energi gennem elektrokemiske midler, undgår energitabet af traditionelt forbrændingsarbejde, og effektproduktionseffektiviteten er så høj som 50%~ 60%og er ikke begrænset af skala, og distribueret kraftproduktion i små skalaer kan også opretholde høj effektivitet.

2. Rige brændstofkilder

På grund af den høje driftstemperatur på SOFC kan der anvendes en række brændstoffer, herunder naturgas, biogas, ethanol, methanol osv., Og brændstofkilderne er fleksible og forskellige.

3. stille drift

Foruden BOP-hjælpesystemet er der ikke noget roterende udstyr med høj effekt i SOFC-kraftproduktionsprocessen, og operationen er stille, som er velegnet til installation i ophold og arbejdsområder.

4. solid elektrolytstak

Ved hjælp af fast oxid som elektrolyt kræves der ingen ædle metalkatalysator, lang driftsliv, enkel systemstruktur og lave produktionsomkostninger i stor skala.

5. Lav emissioner

Der er næsten ingen forurenende emission under den elektrokemiske reaktion, og på grund af den høje effektproduktionseffektivitet kræves der mindre brændstof til den samme kraftproduktion og reducerer derved CO2 -emissioner.

6. Modulær struktur

SOFC vedtager modulært design, som er fleksibelt at installere, optager et lille område, har en kort byggeperiode og er let at fremme og anvende.