Напредък и икономически анализ на производството на водород чрез електролиза на твърди оксиди

Напредък и икономически анализ на производството на водород чрез електролиза на твърди оксиди

Електролизаторът с твърд оксид (SOE) използва високотемпературна водна пара (600 ~ 900°C) за електролиза, която е по-ефективна от алкалния електролизатор и PEM електролизера.През 60-те години на миналия век Съединените щати и Германия започнаха да провеждат изследвания върху високотемпературни водни пари SOE.Принципът на работа на електролизера SOE е показан на фигура 4.Рециклираният водород и водните пари влизат в реакционната система от анода. Водната пара се електролизира във водород на катода. О2, произведен от катода, преминава през твърдия електролит към анода, където се рекомбинира, за да образува кислород и освобождава електрони.

За разлика от електролитните клетки с алкална и протонообменна мембрана, SOE електродът реагира с контакт с водна пара и е изправен пред предизвикателството да увеличи максимално повърхността на интерфейса между електрода и контакта с водна пара. Следователно SOE електродът обикновено има пореста структура.Целта на електролизата на водна пара е да намали енергийния интензитет и да намали оперативните разходи на конвенционалната електролиза на течна вода.Всъщност, въпреки че общото енергийно изискване на реакцията на разлагане на водата се увеличава леко с повишаване на температурата, изискването за електрическа енергия намалява значително.С повишаването на електролитната температура част от необходимата енергия се доставя като топлина.SOE е способен да произвежда водород в присъствието на източник на топлина с висока температура. Тъй като високотемпературните ядрени реактори с газово охлаждане могат да се нагреят до 950°C, ядрената енергия може да се използва като източник на енергия за SOE.В същото време изследването показва, че възобновяемата енергия като геотермална енергия също има потенциал като източник на топлина за парна електролиза.Работата при висока температура може да намали напрежението на батерията и да увеличи скоростта на реакция, но също така е изправена пред предизвикателството на термичната стабилност на материала и уплътняването.В допълнение, газът, произведен от катода, е водородна смес, която трябва да бъде допълнително отделена и пречистена, което увеличава разходите в сравнение с конвенционалната електролиза с течна вода.Използването на протоннопроводима керамика, като стронциев цирконат, намалява цената на SOE.Стронциевият цирконат показва отлична протонна проводимост при около 700°C и е благоприятен за катода да произвежда водород с висока чистота, опростявайки устройството за парна електролиза.

Ян и др. [6] съобщават, че циркониева керамична тръба, стабилизирана с калциев оксид, е използвана като SOE на поддържаща структура, външната повърхност е покрита с тънък (по-малко от 0,25 mm) порест лантанов перовскит като анод и Ni/Y2O3 стабилен металокерамика от калциев оксид като катод.При 1000°C, 0.4A/cm2 и 39.3W входна мощност, капацитетът за производство на водород на уреда е 17.6NL/h.Недостатъкът на SOE е пренапрежението, произтичащо от големи загуби на ом, които са често срещани при връзките между клетките, и високата концентрация на пренапрежение, дължаща се на ограниченията на преноса на дифузия на парите.През последните години планарните електролитни клетки привлякоха много внимание [7-8].За разлика от тръбните клетки, плоските клетки правят производството по-компактно и подобряват ефективността на производството на водород [6].Понастоящем основната пречка пред промишленото приложение на SOE е дългосрочната стабилност на електролитната клетка [8] и могат да бъдат причинени проблемите със стареенето и дезактивирането на електрода.