Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFC) 800 dan 1000 darajagacha bo'lgan ish harorati bilan erigan karbonatli yonilg'i xujayralaridan yuqori haroratlarda ishlaydi. Ushbu turdagi yonilg'i xujayralarida elektromotor kuch hujayraning har ikki tomonidagi turli xil kislorod qisman bosimlaridan kelib chiqadi. Shaxsiy hujayra ikkita elektroddan (manfiy elektrod sifatida yonilg'i elektrodi va musbat elektrod sifatida oksidlovchi elektrod) va elektrolitdan iborat. Anod va katodning asosiy vazifalari elektronlarni o'tkazish va reaktsiya gazlari va mahsulot gazlari uchun diffuziya yo'llarini ta'minlashdir.
Qattiq elektrolit gazlarni ikki tomondan ajratib turadi. Har ikki tomonda turli xil kislorod qisman bosimlari tufayli kislorodning kimyoviy potentsial gradienti hosil bo'ladi. Ushbu kimyoviy potentsial gradient ta'sirida katodda elektron olgan kislorod ionlari qattiq elektrolit orqali anodga qarab harakatlanadi. Anodda elektronlar chiqariladi, bu ikki qutb o'rtasida kuchlanish potentsialini yaratadi.
Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFC) yonilg'i xujayralarining uchinchi avlodi sifatida e'tirof etiladi, elektrolit sifatida qattiq, gözenekli bo'lmagan metall oksidi bo'lib, kislorod ionlari ionlarni tashish uchun kristall ichida harakatlanadi. Texnologiya endi etuk bosqichga yetdi. Biroq, yuqori haroratlarda ishlashga qodir bo'lgan materiallarning cheklangan soni va ularning yuqori narxi tufayli o'rta haroratli yonilg'i xujayralari rivojlanishiga siljish mavjud.
Prinsip
Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFC) yoqilg'i sifatida reformatlangan gaz (vodorod va CO aralashmasi) bilan ishlaganda, yonilg'i xujayrasi ichida quyidagi reaktsiya sodir bo'ladi:
Katodda kislorod molekulalari elektron oladi va kislorod ionlariga qaytariladi, ya'ni,
O2+4e−→2O2−
Elektrolitlar membranasining ikkala tomonidagi potentsial farq va kontsentratsiyani harakatlantiruvchi kuch ta'sirida kislorod ionlari elektrolitlar membranasidagi kislorod bo'sh joylari orqali anod tomoniga yo'naltirilgan o'tishni boshdan kechiradi va yoqilg'i bilan oksidlanish reaktsiyalariga kirishadi, ya'ni.
H2+O2-→H2O+2e-
CO% 2bO2-→ CO2+2e-
Umumiy reaktsiya:
H2% 2bCO% 2bO2→ CO2+H2O
kompozitsion
Elektr energiyasini konvertatsiya qilish funktsiyasini muammosiz bajarish uchun SOFC (qattiq oksidli yoqilg'i xujayrasi) stekasi quyidagi tarkibiy qismlarni o'z ichiga olishi kerak:
(1) Qattiq elektrolit va katod va anoddan tashkil topgan elektrokimyoviy konversiya qurilmasi. Elektrolit materiallari orasida yttria-stabillangan tsirkoniya eng etuk rivojlangan.
(2) Yoqilg'i islohotchisi. Ushbu qurilma katalizator, tashuvchi va konteynerni o'z ichiga oladi. U yoqilg'ini kichik gazsimon molekulalarga, masalan, metanga aylantiradi va yonilg'i xujayrasining ishlashi paytida hosil bo'lgan issiqlikni almashish uchun hujayralar to'plamining old qismida joylashgan.
(3) Gaz va yoqilg'i tashish kanallari (yoki gaz distribyutorlari). Metalllar odatda reaktivlarning optimal tarqalishi va tashishini ta'minlash uchun o'tkazgich materiallari sifatida ishlatiladi.
(4) Elektr cho'tkalari sifatida ham tanilgan oqim kollektorlari, odatda metallardan yoki yaxshi elektron o'tkazuvchanlikka ega materiallardan tayyorlangan, samarali o'tkazuvchanlik uchun zarurdir.
(5) Sensorlar. Savdoda mavjud bo'lgan turli xil sensorlar hujayraning harorati, oqimi, birikma turlari va chiqish kuchlanishini kuzatish uchun ishlatilishi mumkin.
(6) Izolyatsiya qiluvchi qatlamlar, sovutgichlar, issiqlik almashinuvchilari va shamollatish tizimlari kabi issiqlikni nazorat qilish moslamalari.
(7) Metall yoki shisha-keramika korpusi. Xona haroratida foydalanish mumkin bo'lgan materiallar, masalan, zanglamaydigan po'lat 304 ishlatiladi. SOFC bilan ichki aloqa qilish uchun yuqori haroratga chidamli materiallar talab qilinadi, bu esa tijorat metall qotishmalarini ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirish uchun qulay qiladi.
Xususiyatlari
Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFCs) yonilg'i xujayralarining ideal turi bo'lib, u nafaqat boshqa yoqilg'i xujayralarining yuqori samaradorligi va ekologik afzalliklariga ega, balki quyidagi muhim xususiyatlarga ham ega:
(1) SOFClar to'liq mustahkam tuzilishga ega bo'lib, suyuq elektrolitlardan foydalanish bilan bog'liq korroziya va elektrolitlar yo'qolishi muammolarini bartaraf qiladi va uzoq muddatli ishlash potentsialini taklif qiladi.
(2) 800 dan 1000 darajagacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan SOFClar nafaqat qimmatbaho metallar katalizatorlariga bo'lgan ehtiyojni yo'qotibgina qolmay, balki yoqilg'i xujayrasi tizimini soddalashtirib, yoqilg'i sifatida tabiiy gaz, singaz va uglevodorodlardan bevosita foydalanishi mumkin.
(3) SOFClar gaz turbinalari yoki bug 'turbinalari bilan birlashtirilgan tsikllarda ishlatilishi mumkin bo'lgan yuqori haroratli chiqindi issiqlikni chiqaradi, bu esa umumiy energiya ishlab chiqarish samaradorligini sezilarli darajada oshiradi.
