Grundlæggende sammensætning af fast oxidbrændselscelle (SOFC)

Hovedkomponenterne i en enkeltBrændselscelle er elektrolyt, anode, katode og sammenkobling eller bipolær separator, som vist i figur 1.

Figur 1 Hovedkomponenterne iSOFC

De forskellige komponentmaterialer, der udgør brændselscellen, skal have god stabilitet i oxidation og (eller) reducere atmosfærer, herunder kemisk stabilitet, krystalstabilitet og stabilitet i eksterne dimensioner; Kemisk kompatibilitet med hinanden; Passende elektrisk ledningsevne og lignende termiske ekspansionskoefficienter. Samtidig kræves elektrolytten og sammenkoblingen for at være helt tæt for at forhindre penetration og blanding af brændstofgas og ilt; Anoden og katoden skal være porøs for at lette gasindtrængning til reaktionsstedet. De specifikke krav til de forskellige komponenter i brændselscellen er vist i tabel 1.

JEG.ElektrolytMaterialer

Elektrolytten iSOFCer kernen i batteriet og er generelt lavet af oxidkeramik, det vil sige sintret fast opløsningselektrolyt - fuldt stabiliseret ZRO2. Electrolytens ydeevne bestemmer direkte batteriets driftstemperatur og ydelse. Resistiviteten af ​​ren ZRO2 ved 1000 ℃ er 107 Ω/cm, hvilket er tæt på isolerende materialer. På nuværende tidspunkt er ZRO2-baserede faste elektrolytter, der er vidt brugt iSOFC, brug visse divalente eller trivalente oxider til Dope Zro2 til at erstatte placeringen af ​​Zr^(4+) med lavvalente metalioner. Som et resultat har ZRO2 (fluoritstruktur) en stabil fasestruktur fra stuetemperatur til høj temperatur (1000 ℃), og mere O^(2-) ledige stillinger genereres i den på grund af at lades kompensation, hvilket øger den ioniske ledningsevne af ZRO2 til 10^(-2) S/cm, og på samme tid udvidede oxygenpartial trykområdet for ionisk kondition. I denne stabiliserede ZRO2 bruges ledige stillinger som et medium, det vil sige, at ledig mekanisme bruges til at udvise o^(2-) ledningsevne. På nuværende tidspunkt er det mest almindelige materiale, der bruges som elektrolyt, Y2O3-stabiliseret ZRO2 (forkortet som YSZ). Dens ionledningsevne ændrer sig ikke markant, når ilt -delvist tryk ændres med mere end ti størrelsesordener. På nuværende tidspunkt er hvordan man forbereder YSZ -film med passende ydelse et hot spot og vanskeligheder i folks forskning.

Ii. Anodemateriale

Elektrodematerialet afSOFCer først og fremmest en katalysator. Anodematerialet kræver høj elektronisk ledningsevne, stabilitet i en reducerende atmosfære og god luftpermeabilitet. Derfor bruges platin normalt, men platin er dyrt. Brugen af ​​metalmaterialer såsom nikkel og kobolt vil forårsage uoverensstemmende for termisk ekspansion og vedhæftningsproblemer og langvarig høj temperaturdrift vil også reducere dens porøsitet. Den aktuelle forskningsretning er at bruge metalkeramik som anodematerialer, og den mere ideelle er NI-sammensat YSZ. Hovedopgaven er at studere rimelige processer og forberede NI-OSZ-kompositmaterialer med passende ydelse.

III. Katodemateriale

Katoden af ​​SOFC ligner anoden og bør også være en porøs elektronisk ledende film. Da batteriets katode fungerer i en oxiderende atmosfære med høj temperatur og spiller rollen som overførsel af elektroner og transmission af ilt, er kravene til katodematerialet relativt strenge. Katodematerialet skal have høj elektrisk ledningsevne, høj temperatur oxidationsresistens og termisk stabilitet med høj temperatur og bør ikke reagere kemisk med elektrolytten. Det traditionelle materiale er metalplatin, og den nylige udvikling er doteret oxidkeramik - Lamno3. Som katodemateriale af SOFC har et stort antal eksperimenter bevist, at LA1-XSR XMNO3 er det foretrukne katodemateriale.

Iv. Stikmateriale

Elektrolyt- og elektrodematerialer danner sammen en tre-i-en enkelt batterienhed. Kraften ved et enkelt batteri er begrænset og kan kun generere en spænding på ca. 1V. For at få en højeffekt batteripakke skal flere enkelt batterier være tilsluttet sammen på forskellige måder (serie, parallel og blandet), som kræver forbindelsesmaterialer og tætningsmaterialer. I SOFC kræves det, at forbindelseskomponenten har god elektronisk ledningsevne og stabilitet ved høje temperaturer. På nuværende tidspunkt kan kun nogle få oxider bruges som SOFC -forbindelsesmaterialer, såsom lanthanumchromat (LaCro3) med en perovskitstruktur. Alloy-materialer med høj temperatur, der bruges som SOFC-forbindelsesmaterialer, er også et forskningshotspot.

V. tætningsmaterialer og andre

Forseglingsmaterialer bruges til at forbinde elektrolytmaterialer og forbindelsesmaterialer sammen. De skal være resistente over for høje temperaturer. Under batterireaktionstemperaturen (700 ~ 1000 ℃) tilberedes de generelt ved glas-keramisk blandet smeltning. Derudover kræves andre hjælpematerialer, såsom korundrør som iltgaskamre og kvartsrør som brændstofgaskamre. De har alle luftindtag og forretninger og skal forsegles og tilsluttes.

Vi. Enkeltcellesamling

Storskala SOFC er en batteripakke sammensat af enkeltceller stablet i forskellige strukturer. I øjeblikket er der udviklet fire typer batteripakker, herunder rørformet, seriel, blok og fladt. I praktiske anvendelser er individuelle brændselsceller forbundet i serie og/eller parallelt med at danne en batteripakke til at imødekomme specifikke applikationer. I den enkelte brændselscelle, der er vist i figur 1.5, danner anoden, elektrolytten og katoden en tre-i-en sammensat struktur. I faktisk forskning og forarbejdning er der dannet fire forskellige strukturelle typer: tætning af mindre rørformet design, segmenteret celle-in-serie-design, monolitisk design og fladplade-design. Det strukturelle diagram er vist i figur 2.

Figur 2 Det strukturelle diagram over SOFC