Qattiq oksid yoqilg'i hujayralari (SOFCS): tuzilmalarga, materiallar va dasturlarga chuqur sho'ng'ish

Qattiq oksid yoqilg'i hujayralari (SOFCS) elektrokimyoviy energiya konversiyasida o'zgaruvchan texnologiyalarni anglatadi. An'anaviy yonish bo'yicha energiya ishlab chiqaradigan, divanlar to'g'ridan-to'g'ri kimyoviy energiyani to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasidan yuqori samaradorlik (60-85%) va minimal chiqindilarni elektr energiyasi yoki metanga bog'laydi. Ularning asosiy arxitekturasi keramik ion o'tkazgichlarga tayanadi, yuqori haroratda (500-1000 daraja) ish bilan ta'minlaydi. Ushbu maqolada SOFC tarkibiy xilma-xilligi, ularning moddiy-texnik asoslari, ishlab chiqarish texnikasi va sohalarda rivojlanayotgan cheklovlar va tarbiyaviy ravishda olib boriladigan talabnomalarni o'rganadi.

1. Kubli SOFCS

Siemens Westinghouse Power Corporation (SWPC), quvurlar difcs ketma-ket qatlamli silindrsimon hujayralardir:

 Katodli yordam naychasi: Ekstüsiya orqali shakllangan gözeleniTium Mangantiit (LSM) yoki shunga o'xshash Perovskit materiallari.

 Elektrolit: YTTRIA-Barabdilizatsiya qilingan z tsirkoniya (YSZ), elektrokimyoviy bug 'tushirilishi (EVD) orqali gazning siqilishini ta'minlash uchun saqlanadi.

 Aloqa qilmoq: Plazma püskürtming orqali qo'llaniladigan lantanum xvomiti (masalan, CROFER 22 APU) doptanum (masalan, CROFER 22 APU).

 Anod: Nikel-ysz cermet, ekran bosma yoki skalatali qoplangan.

Afzalliklari:

 Mustahkam mexanik yaxlitlik: Silindrsimon geometriya termal stressni minimallashtiradi, tez termal termal velosipedni yaratadi.

 Yuqori haroratli muhrlar yo'q: Yoqilg'i va havo kanallari ajralib turadi, stack anjumanini soddalashtiradi.

Cheklash:

 Kam quvvatning zichligi (~ {{0. 2 w / cm²): Uzoq oqimlar Ohmmik yo'qotishlarni oshiradi.

 Yuqori uydirma xarajatlari: Evd va plazma püskürtme energiya intensiv va ixtisoslashtirilgan uskunalardan talab qiladi.

Innovatsiyalar:

 SWPC ning tekis naycha dizayni: Planarga o'xshash hozirgi yo'llar bilan nayzani tekislash, 0 ga ko'tarish. 35 Vt / sm².

 Mikrotubulyar dioslar: Sub-millimetr naychalari (masalan, birikmabmik moddalar dizaynlari) tezkor ishga tushirish (<10 minutes) and 1–5 kW outputs for portable power.

2. SOFClar

Planar hujayralar tekis, qatlamli "musbat - elektrolitlar" inshootlarini qabul qiladilar:

 Yuqori quvvat zichligi ({{{{{{0}}}}. 5-1,0 w / cm²)Qisqa, vertikal hozirgi yo'llar qarshilikni kamaytiradi.

 Mas'ul ishlab chiqarish: Lenta quyish, ekranli bosma va kentering ommaviy ishlab chiqarishni yoqishiga imkon beradi.

Qiyinchiliklar:

 Termal stressni boshqarish: Qatlamlar orasidagi termal kengaytirish koeffitsientlari (TECS) taqlid qilinishi mumkin.

 Muhrlash murakkablik: Shisha sopol muhrlar yoqilg'i / havo oqimlarini izolyatsiya qilishda termal velosipedda bardosh berishi kerak.

Moddiy yangiliklar:

 Elektrolitlar: Skaneriya-barqarorlangan tsirkoniya (SCSZ) 750 darajadagi ion o'tkazuvchanligi uchun.

 Interventsiyalar: Mabsiyaviyga qarshi turish uchun himoya qoplamalari (masalan, mnco₂₄₄₄) bilan zanglamaydigan po'latsiz po'lat (masalan, mnco₂₄₄).

1. Elektrolitlarni qo'llab-quvvatlaydigan hujayralar

Birinchi avlod SOFKlar singari, bu hujayralar kichik ysz elektrolitlardan (100-200 mkm) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni (900-1000 daraja) past haroratni talab qiladilar.

 Sulzer Hexisning dizayni: Radial gaz oqimi bilan elektrolitlarni qo'llab-quvvatlash, turar-joy ChP tizimlarida 40% elektr samaradorligiga erishadi.

 Bloom Energetikasining ES -5700: 95 darajadagi 200 kVt 200 kVt 200 kVt stakan, kam narxli kaltia-barqarorlangan tsirkoniya.

Cheklash:

 Yuqori tanazzulga to'g'ri keladi: Velosiped velosipedi tufayli elektrolitlar yorilishi.

 Sekin ishga tushirish: Mobil ilovalar uchun yaroqsiz.

2. Ander-qo'llab-quvvatlanadigan hujayralar

Qalin ni-ysz anodiga (~ 1 mm) qalinligini qo'llab-quvvatlash rolini o'zgartirish orqali, ishlangan harorat 700-800 darajaga tushadi.

 Julichning suyagi: 0 ga erishadi 0. 6 W / CM² £ 750 darajadan 750 daraja, ingichka yalpi elektrolitlar uchun (5-10 mkm).

 Emirilish mexanizmlari: Nikel qulashi va oltingugurt zaharlanishi uzoq muddatli barqarorlikni kamaytiradi.

Bozorni qabul qilish:

 Tokio Gaz "Ene-Ferma: 90% yoqilg'idan 70% chegirma tizimi.

 GE Gibrid tizimlari: Integrating SOFCs with gas turbines for >65% samaradorlik.

3. Katodukli hujayralar

Ushbu hujayralar katodexnik yordamni moslashtirish, naychalar uchun ideal dizayn uchun ideal.

 SWPCning segmentli-seriyali dizayni: Chiqarilgan katod naychasini to'ldirish 50 kVt quvvatga ega.

 Moddiy muammolar: Sr-doplangan lamno (lsm) katodlar yiliga 1200 dollardan yuqori bo'lib, Gadloinum-doplangan Keraa (GDC) intererserini talab qiladi.

4. Metall qo'llab-quvvatlanadigan hujayralar (MSCS)

Zanglamaydigan po'lat subtratlar tez terim velosipedini (500-600 daraja) va avtomobillarga nisbatan moslik bilan mos kelishga imkon beradi.

DLR'ning yangiliklari:

 Shiforatoriya to'siqlari: LA {0}}}}} 0 0 {{}} {{}} {{}} {{}} {{}} {{}} {{}} {{}} {{}} {{}} 0 Cro {{13}

 Atmosfera plazmasi püskürtme (aps): Zich elektrolitlar ochiq havo sharoitida omonatlar, xarajatlarni 30 foizga kamaytirish.

 CERES POWERS STELICELCE ™: Ferritli po'lat va quyruqli elektrolitlar, 000} £ / kVt ishlab chiqarish xarajatlari yordamida 5 kVt stakan.

Arizalar:

 Avtomobilsozlik Apus: Nissanning SOFC-dagi E-NV200 Van EV oralig'ini 500 km uzoqlikda kengaytiradi.

 Aerokospo: DLRning havo kemalariga yordam beradigan kuch uchun 3 kVt apu.

1.Rekrichamik bug 'tushirilishi (EVD):

Jarayoni: Metall xloridlarni (masalan, zrclu) zich chilli filmlarini shakllantirish uchun bug 'bilan bug'.

Ishdan foydalaning: SWPCning naycha hujayralari.

2.Menape quyish va contering:

Qadamlar: And / elektrolitlar / katod sathini yashil lülme, laminat va otish kabi.

Afzallik: Planar hujayralari yuqori ishlab chiqarish.

3.Plalalasma purkagich:

Turlari: Zich paltolar uchun vakuum (VPS); iqtisodiy sezgir dasturlar uchun atmosfera (aps).

4.wet-kimyoviy usullar:

Qopqoq qoplama: Shanxay kulolchilik instituti lsm katodes.

Elektroforetik cho'kma (EPD): CERES Powerning COGOLYTS.

 Quvvat zichligi: 0 dan. 2 W / CM² (Kubarin) 1,2 Vt gacha (ilg'or Planar) dan.

 Tanazzulga o'tish darajasi: <1%/1,000 hours for metal-supported cells vs. 2–5%/1,000 hours for anode-supported designs.

 Umr bo'yi nishon: 40, 000 statsionar tizimlar uchun soatlar; 10, 000 Avtomobillar Apusi uchun tsikllar.

Asosiy qiyinchiliklar:

1.Mummum mosligi: Interfacial reaktsiyalarni yumshatish (masalan, ni-ysz / po'lat tomirga).

2.Kostni kamaytirish: Norr-Yer er materiallari ishlab chiqarish (masalan, Skaneriya, Gadloolium).

3.Yustem integratsiyasi: Yoqilg'i islohotchilari, issiqlik almashinadigan va elektr energiyasini muvozanatlash.

1. Haroratli divans (LT-SOFCS):

 Maqsad: Proton o'tkazuvchan elektrolitlar yordamida 600 darajadan pastdan ishlang (masalan, Bazr₀.₈y₀₈₀₂).

 Foyda: Zanglamaydigan po'latdan yasalgan tarkibiy qismlarga moslik va tezroq ishga tushirish.

2.3D bosma SOFC:

Afzallik: Optimallashtirilgan gaz oqimi va joriy yig'ish uchun mos keladigan geometriyalar.

Misol: Sharlning qo'shimcha ishlab chiqariladigan qalam tuzilmalari.

3.Nanrostrustre materiallari:

Nanofiboer elektrodes: Katalitik faoliyatni kuchaytirish uchun yuqori sirt maydoni.

Atom qatlami cho'kmasi (ALD): Ultra-ingichka, kamchiliksiz elektrolit filmlari.

4.Hybrid tizimlari:

SOOFC gaz turbinasi: Achieving >Megavatt o'lchovli o'simliklarda 70% samaradorlik.

Divan-batareya: Panjara barqarorligi uchun libari bilan gibridizatsiya.

SOFC texnologiyasi moddiy innovatsiyalar va sanoat tarmog'ining chorrahasida turadi. Quuklar dizaynida mustahkamlik va tekislik hujayralari yuqori quvvatli dasturlarda ustunlik qiladi, metall qo'llab-quvvatlanadigan variantlar harakatchanlikda va markazsizlashtirishda yangi chegaralarni ochib beradi. 3D bosib chiqarish uchun plazmadan ko'tarilishdagi yutuqlar xarajatlarni boshdan kechirish, nanomateriallar va gibrid tizimlar misli ko'rilmagan samaradorlikni va'da qilmoqdalar. Global energetika tizimlari dekaronlandiyalik, SOFClar qayta tiklanadigan versiya va ishonchli quvvatni etkazib berish o'rtasidagi tafovutni bartaraf etishda hal qiluvchi rol o'ynashga tayyor.

Adabiyotlar:

KENDUNT, K.Mikrotubulyar divanlar: kontseptsiyadan tijoratlashtirishga qadar. Elsevier, 2015 yil.

Wachman, EdQattiq oksid yoqilg'i hujayralari: materiallar va ishlashi. CRC matbuoti 2016 yil.

Blum, l..Metallni qo'llab-quvvatlanadigan SOFC: Avantsiya va muammolar. Quvvat manbalari jurnali, 2021.

Sanoat Bloom energetika, partiyalar va Siemens Energetika bo'yicha sanoat hisobotlari.

Iqtibosni talab qiling