Nguyên tắc, loại và đặc điểm của pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC)

I.Principle của SOFC

Tế bào nhiên liệu oxit rắn (SOFC)là một công nghệ năng lượng tiên tiến, trực tiếp chuyển đổi năng lượng hóa học trong nhiên liệu hydrocarbon thành năng lượng điện và năng lượng nhiệt thông qua các phản ứng điện hóa. Họ có những ưu điểm của các nguồn nhiên liệu rộng, hiệu quả phát điện cao, chất lượng nhiệt chất thải cao, hoạt động yên tĩnh, khí thải thấp và lắp đặt mô -đun.

CácHệ thống SOFCcó thể được chia thành một ngăn xếp và một đơn vị phụ trợ BOP ngoại vi. Ngăn xếp là lõi của pin nhiên liệu và là một thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng hóa học thành năng lượng điện. Các đơn vị phụ trợ ngoại vi xung quanh ngăn xếp bao gồm đơn vị làm nóng không khí, đơn vị cung cấp nhiên liệu (cải cách), đơn vị thu hồi khí đuôi, đơn vị quản lý điện và đơn vị điều khiển.

Nguyên tắc làm việc củaSOFCdựa trên các quá trình điện hóa và thường hoạt động ở nhiệt độ cao 650 ~ 950. SOFC sử dụng gốm oxit rắn (thường là oxit zirconium) làm chất điện giải, không chỉ chuyển các ion Outh mà còn cả không khí và nhiên liệu riêng biệt.

Nhiên liệu (thường được cải cách hydro từ hydrocarbon) khuếch tán qua cực dương sang giao diện điện phân, trong khi không khí hấp thụ oxy qua bề mặt catốt và được chuyển thành các ion O²⁻ bởi tác động xúc tác của chính catốt. Sau khi vào chất điện phân, nó khuếch tán đến cực dương và phản ứng với nhiên liệu. Các electron bị mất trở lại cực âm qua mạch bên ngoài, do đó tạo ra điện.

Sơ đồ SOFC

Ii. Các loạiSOFC

Theo các hình thức thiết kế khác nhau của các thành phần đơn vị,SOFCđược chia thành hai cấu trúc: hình ống và phẳng. Thiết kế hình ống có hiệu suất niêm phong tốt và có các đặc điểm của hoạt động ổn định dài hạn; Thiết kế phẳng có mật độ công suất cao do đường dẫn ngắn.

1. Cấu trúc hình ảnh

Cấu trúc ốngSOFClà hình thức sớm nhất và trưởng thành hơn. Đơn vị phát điện của nó bao gồm một ống có một đầu đóng và đầu kia mở, bao gồm một ống hỗ trợ xốp, cực dương, điện phân và màng catốt từ bên ngoài ra bên ngoài.

Trong thiết kế kết cấu này, nhiên liệu là đầu vào từ lõi ống và không khí được cung cấp qua thành ngoài của ống. Ngân hàng pin của nó có một mức độ tự do lớn và không dễ bị nứt; Gốm xốp được sử dụng làm cơ thể hỗ trợ, và cấu trúc rất mạnh; Nó có hiệu suất niêm phong tốt và sự ổn định hoạt động lâu dài.

Lắp ráp pin của nó cũng tương đối đơn giản, và rất dễ kết hợp các bộ pin công suất cao bằng cách kết nối các tế bào pin song song và nối tiếp. Tuy nhiên, khoảng cách giữa các điện cực lớn, đường dẫn của dòng điện đi qua pin dài và tổn thất điện trở bên trong lớn, do đó mật độ công suất tương ứng thấp.

Đơn vị phát điện SOFC hình ống và sơ đồ tích hợp hệ thống

2. Cấu trúc tấm phẳng

Cấu trúc tấm phẳng SOFC có hình dạng hình học đơn giản và chi phí sản xuất thấp. Nó bao gồm một ô duy nhất bao gồm cực dương,chất điện giảivà phim catốt. Đầu nối với các rãnh ở cả hai bên kết nối catốt và cực dương liền kề, và cung cấp các kênh khí ở cả hai bên để tách hai khí cùng một lúc.

Lắp ráp pin của nó đòi hỏi phải niêm phong nhiệt độ cao ở rìa để phân lập oxy và khí nhiên liệu, và có yêu cầu cao đối với vật liệu tấm kết nối lưỡng cực, cần phải phù hợp với nhiệt với vật liệu điện cực và có khả năng chống oxy hóa nhiệt độ cao tốt.

Đơn vị phát điện SOFC phẳng và sơ đồ tích hợp hệ thống

Iii. Đặc điểm của SOFC

1. Hiệu quả cao

SOFC chuyển đổi năng lượng hóa học nhiên liệu thông qua các phương tiện điện hóa, tránh mất năng lượng của công việc đốt cháy truyền thống và hiệu quả phát điện cao tới 50%~ 60%và không bị giới hạn bởi quy mô và việc phát điện phân tán quy mô nhỏ cũng có thể duy trì hiệu quả cao.

2. Nguồn nhiên liệu phong phú

Do nhiệt độ hoạt động cao của SOFC, một loạt các loại nhiên liệu có thể được sử dụng, bao gồm khí đốt tự nhiên, khí sinh học, ethanol, metanol, v.v. và các nguồn nhiên liệu rất linh hoạt và đa dạng.

3. Hoạt động yên tĩnh

Ngoài hệ thống phụ trợ BOP, không có thiết bị quay công suất cao trong quy trình phát điện SOFC và hoạt động yên tĩnh, phù hợp để lắp đặt trong khu vực sinh hoạt và làm việc.

4. Ngăn xếp điện phân rắn

Sử dụng oxit rắn làm chất điện phân, không cần chất xúc tác kim loại quý, tuổi thọ hoạt động dài, cấu trúc hệ thống đơn giản và chi phí sản xuất quy mô lớn.

5. Phát thải thấp

Hầu như không có phát thải chất gây ô nhiễm trong phản ứng điện hóa, và do hiệu suất phát điện cao, cần ít nhiên liệu hơn cho cùng một sự phát điện, do đó làm giảm lượng khí thải CO2.

6. Cấu trúc mô -đun

SOFC áp dụng thiết kế mô -đun, linh hoạt để cài đặt, chiếm một khu vực nhỏ, có thời gian xây dựng ngắn và dễ dàng quảng bá và áp dụng.