Principe, typen en kenmerken van brandstofcellen met vaste oxide (SOFC)

I.principle van SOFC

Cellen van vaste oxide (SOFC)zijn een geavanceerde energietechnologie die direct chemische energie in koolwaterstofbrandstoffen omzet in elektrische energie en thermische energie door elektrochemische reacties. Ze hebben de voordelen van brede brandstofbronnen, efficiëntie van hoge stroomopwekking, kwaliteit van hoge afvalwarmte, stille werking, lage emissies en modulaire installatie.

DeSOFC -systeemkan worden verdeeld in een stapel en een perifere BOP -hulpeenheid. De stapel is de kern van de brandstofcel en is een apparaat dat chemische energie direct omzet in elektrische energie. De perifere hulpeenheden rondom de stapel omvatten de voorverwarmingseenheid voor luchttoevoer, eenheid van de brandstoftoevoer (Reforming), de hersteleenheid van de staartgas, eenheid van de elektrische beheer en de besturingseenheid.

Het werkende principe vanSOFCis gebaseerd op elektrochemische processen en werkt meestal bij hoge temperaturen van 650 ~ 950 ℃. SOFC maakt gebruik van vaste oxidekeramiek (meestal zirkoniumoxide) als elektrolyten, die niet alleen o²⁻ -ionen overbrengen, maar ook lucht en brandstof scheiden.

De brandstof (meestal waterstof hervormd uit koolwaterstoffen) diffundeert door de anode naar het elektrolytinterface, terwijl de lucht zuurstof absorbeert door het kathodeoppervlak en wordt omgezet in o²⁻ -ionen door de katalytische werking van de kathode zelf. Na het invoeren van de elektrolyt diffundeert deze op de anode en reageert deze met de brandstof. De verloren elektronen keren terug naar de kathode door het externe circuit, waardoor elektriciteit wordt gegenereerd.

SOFC -schematisch diagram

II. SoortenSOFC

Volgens de verschillende ontwerpvormen van eenheidscomponenten,SOFCis voornamelijk verdeeld in twee structuren: buisvormig en plat. Het buisvormige ontwerp heeft een goede afdichtingsprestaties en heeft de kenmerken van langdurige stabiele werking; Het platte ontwerp heeft een hoge vermogensdichtheid vanwege het korte stroompad.

1. Tubulaire structuur

De buisvormige structuurSOFCis de vroegste en meer volwassen vorm. De stroomopwekkingseenheid bestaat uit een buis met het ene uiteinde gesloten en het andere uiteinde open, die bestaat uit een poreuze ondersteuningsbuis, anode, elektrolyt en kathodefilm van binnen naar buiten.

In dit structurele ontwerp wordt de brandstof ingevoerd uit de buiskern en wordt de lucht geleverd door de buitenmuur van de buis. De batterijstapel heeft een grote mate van vrijheid en is niet gemakkelijk te kraken; Poreuze keramiek wordt gebruikt als het ondersteunende lichaam en de structuur is sterk; Het heeft een goede afdichtingsprestaties en stabiliteit op lange termijn.

De batterijassemblage is ook relatief eenvoudig en het is gemakkelijk om krachtige batterijpakketten te combineren door batterijcellen parallel en in serie te verbinden. De afstand tussen elektroden is echter groot, het stroompad door de batterij is lang en het interne weerstandsverlies is groot, dus de overeenkomstige vermogensdichtheid is laag.

Tubulaire SOFC Power Generation Unit en System Integration Diagram

2. Vlakke plaatstructuur

De SOFC van de platte plaatstructuur heeft een eenvoudige geometrische vorm en lage productiekosten. Het bestaat uit een enkele cel bestaande uit anode,elektrolyten kathodefilm. De connector met groeven aan beide zijden verbindt de aangrenzende kathode en anode en biedt gaskanalen aan beide zijden om de twee gassen tegelijkertijd te scheiden.

De batterijconstructie vereist hoge temperatuurbestendige afdichting aan de rand om zuurstof en brandstofgas te isoleren, en heeft hoge vereisten voor het bipolaire verbindingsplaatmateriaal, dat thermisch moet worden gematcht met het elektrodenmateriaal en een goede oxidatieweerstand en geleidbaarheid van hoge temperatuur heeft.

Flat-plaat SOFC Power Generation Unit en systeemintegratiediagram

Iii. Kenmerken van SOFC

1. Hoog rendement

SOFC converteert brandstofchemische energie door elektrochemische middelen, het vermijden van het energieverlies van traditionele verbrandingswerkzaamheden en de efficiëntie van de stroomopwekking is zo hoog als 50%~ 60%en wordt niet beperkt door schaal, en kleinschalige gedistribueerde stroomopwekking kan ook een hoge rendement behouden.

2. Rijke brandstofbronnen

Vanwege de hoge bedrijfstemperatuur van SOFC kan een verscheidenheid aan brandstoffen worden gebruikt, waaronder aardgas, biogas, ethanol, methanol, enz., En de brandstofbronnen zijn flexibel en divers.

3. Rustige operatie

Naast het BOP-hulpsysteem is er geen krachtige roterende apparatuur in het SOFC-stroomopwekkingsproces, en de operatie is stil, wat geschikt is voor installatie in woon- en werkgebieden.

4. Solid elektrolytstapel

Met behulp van vaste oxide als elektrolyt is geen edelmetaalkatalysator vereist, een lange levensduur, eenvoudige systeemstructuur en lage grootschalige productiekosten.

5. Lage emissies

Er is bijna geen emissie van verontreinigende stoffen tijdens de elektrochemische reactie, en vanwege de efficiëntie van hoge stroomopwekking is minder brandstof vereist voor dezelfde stroomopwekking, waardoor CO2 -emissies worden verminderd.

6. Modulaire structuur

SOFC hanteert het modulaire ontwerp, dat flexibel is om te installeren, een klein gebied in te nemen, een korte bouwperiode heeft en gemakkelijk te promoten en toe te passen is.