Қатты оксидті отын жасушасының негізгі құрамы (SOFC)

А-ның негізгі компоненттеріЖалғыз отын ұяшығыэлектролит, а1,5-суретте көрсетілгендей, chate, катод және интеркон немесе биполярлы бөлгіш.

Әр түрлі компоненттерді құрайдыЖанармай жасушақолдануға және (немесе) атмосферада, соның ішінде химиялық тұрақтылық, кристалды тұрақтылық пен сыртқы өлшемдердің тұрақтылығында жақсы тұрақтылық болуы керек; бір-бірімен химиялық үйлесімділік; тиісті электр өткізгіштік және ұқсас жылу кеңейту коэффициенттері. Сонымен бірге,электролитЖанар-жағармай газы мен оттегінің енуіне және араласуына жол бермеу үшін интерконнект мүлдем тығыз болуы керек; Анод пен катод реакция сайтына газдың енуіне ықпал ету үшін кеуекті болуы керек. Жанармай жасушасының әртүрлі компоненттерінің нақты талаптары 1.6-кестеде көрсетілген.

I. Электролит материалдары

ЭлектролитСофБатареяның өзегі болып табылады және әдетте оксидті керамикадан, яғни қатты ерітінді electalyte-eleclied zro2. Электролиттің өнімділігі тікелей жұмыс температурасы мен батареяның жұмысын анықтайды.

Таза Zro2-дің 1000 ℃-дағы кедергісі, ол оқшаулағыш материалдарға жақын 107 ₸ / см құрайды. Қазіргі уақытта SOFC-де кеңінен қолданылатын ZRO2 негізінде қатты электролиттер, ZRO (4+) ZR (4+) позициясын төмен валдақс металл иондарымен ауыстыру үшін белгілі бір дисVerent немесе Trivalent оксидтерін қолданыңыз. Нәтижесінде, ZRO2 (фторий құрылымы) тек жоғары температурадан жоғары температурадан жоғары температурадан жоғары температурадан (1000 ℃), сонымен қатар, ZRO2 (2-) бос жұмыс орындары, яғни 10 ^ (2) S / см-ге дейін және сонымен бірге обьяданың оттегінің ішінара ауқымын кеңейту. Осы тұрақтандырылған ZRO2, O ^ (2-) бос жұмыс орындары орта ретінде пайдаланылады, яғни бос орын механизмі O ^ (2-) өткізгіштігін көрсету үшін пайдаланылады.

Қазіргі уақытта электролит ретінде пайдаланылатын ең көп кездесетін материал - Y2O3 тұрақтандырылған ZRO2 (YSZ-ге қысқартылған YSZ ретінде қысқартылған), оның оттегі ішінара қысымы оннан астам деңгейден асып кетсе, айтарлықтай өзгермейді. Қазіргі уақытта YSZ пленкасын қалай дұрыс қойылыммен қалай дайындау керек - бұл ыстық нүкте және адамдардың зерттеулеріндегі қиындық.

Ii. Анод материалы

Соф электродтық материалы - бұл ең алдымен Акатализист. Анод материалы жоғары электронды өткізгіштік, азайтылған жағдайда тұрақтылық пен ауа өткізгіштігін қажет етеді. Сондықтан, платина әдетте қолданылады, бірақ платина қымбат. Никель және кобальт сияқты металл материалдарды пайдалану термиялық кеңеюге, адгецияның проблемаларын тудырады, ал жоғары температурада жоғары температуралық жұмыс оның кеуектілігін азайтады. Қазіргі зерттеу бағыты - металл керамиканы анодтық материалдар ретінде пайдалану, ал неғұрлым идеал - Ni-композиттік YSZ. Негізгі міндет - ақылға қонымды процестерді зерттеу және сәйкес келетін Ni-YSZ композициялық материалдарын дайындау.

Iii. Катод материалы

КатодСофанодқа ұқсас және сонымен қатар кеуекті электронды өткізгіш фильм болуы керек. Батарея катейі жоғары температуралы тотықтыратын атмосферада жұмыс істейді және электрондардың рөлін атқарады және оттегін беру рөлін ойнайды, катодты материалдарға қойылатын талаптар салыстырмалы түрде қатаң болып табылады. Катод материалы жоғары электр өткізгіштікке, температураның жоғары тотығуға төзімділігі мен жоғары температуралы жылу тұрақтылығына ие болуы керек және электролиттермен химиялық түрде реакция жасамауы керек. Дәстүрлі материал - бұл металл платинасы, ал жақында соңғы даму доптикалық оксидті керамика - LAMNO3. SOFC катодты материалы ретінде көптеген эксперименттер LA1-XSR XMNO3-ті артықшылықты катодты материал екенін дәлелдеді.

Iv. Коннектор материалы

Электролит пен электродтық материалдар бірге үш-бірден тұратын батареяны құрайды. Бір батареяның қуаты шектеулі және тек шамамен 1 В кернеуін тудыруы мүмкін. Қуат жоғары батарея жинағын алу үшін бірнеше жалғыз батареяларды әр түрлі жолдармен (сериялар, параллель және аралас) қосып, коннектор материалдарын және герметикалық материалдарды қажет етеді. SOFC-те коннекторлық компоненттің жоғары температурада жақсы өткізгіштігі мен тұрақтылығы қажет. Қазіргі уақытта SOFC коннекторлары, мысалы, лантан Chromate (Lacro3) сияқты бірнеше оксидтерді Перовскиттік құрылыммен қолдануға болады. SOFC қосқышы ретінде пайдаланылатын жоғары температуралы легірленген материалдар сонымен қатар зерттеудің ыстық нүктесі болып табылады.

V. герметикалық материалдар және басқалар

Герметикалық материалдар электролит материалдарын және коннектор материалдарын бірге қосу үшін қолданылады. Оларға жоғары температураға төзімді болу керек. Батареяның реакция температурасында (700 ~ 1000 ℃) астында оларды әдетте шыны керамикалық аралас балқыту арқылы дайындайды. Сонымен қатар, басқа қосалқы материалдар қажет, мысалы, оттегі газ камералары мен кварцтың түтіктері сияқты, отын газ бөлмелері сияқты. Олардың барлығында ауа кіретін және розеткалар бар және мөрленіп, жалғанған болуы керек.

Vi. Бір ұяшықтың құрастыруы

Ірі масштабты SOFC - әр түрлі құрылымдарда жинақталған бір ұяшықтардан тұратын аккумулятор жиынтығы. Қазіргі уақытта аккумулятор пакеттерінің төрт түрі, соның ішінде түтікшелер, сериялық, блок және пәтер. Практикалық қосымшаларда жеке отын ұяшықтары нақты қосымшаларға сәйкес келетін аккумулятор жинағын құруға және / немесе параллельге қосылған.

1.5-суретте көрсетілген жалғыз отын ұяшығында анод, электролит және катод үш композициялық құрылымды құрайды. Нақты зерттеулерде және өңдеуде төрт түрлі құрылымдық тип құрылды: пломба түтікшелігілерден аз, сегменттелген жасушалардағы дизайн, монолитті дизайн және жалпақ тақтай дизайн. Құрылымдық схемалық диаграмма 1.6 суретте көрсетілген.