Қатты оксидті отын жасушасының негізгі құрамы (SOFC)

Бірыңғайдың негізгі компоненттеріЖанармай жасуша 1-суретте көрсетілгендей электролит, анод, катод және интеркоНнект немесе биполярлы сепаратор.

1-сурет. Негізгі компоненттеріСоф

Жанармай жасушасын құрайтын әртүрлі компоненттер материалдарында тотығып, (немесе) азайтылған атмосферада жақсы тұрақтылық болуы керек, оның ішінде химиялық тұрақтылық, кристалды тұрақтылық және сыртқы өлшемдердің тұрақтылығы болуы керек; бір-бірімен химиялық үйлесімділік; тиісті электр өткізгіштік және ұқсас жылу кеңейту коэффициенттері. Сонымен бірге, электролит пен интерконнект жанармай газы мен оттегін араластырудың алдын алу үшін толығымен тығыз болуы керек; Анод пен катод реакция сайтына газдың енуіне ықпал ету үшін кеуекті болуы керек. Жанармай жасушасының әртүрлі компоненттерінің нақты талаптары 1-кестеде көрсетілген.

МенЭлектролитматериалдар

ЭлектролитСофБатареяның өзегі болып табылады және әдетте оксидтер керамикасынан, яғни қатты ерітінді electolyte - Zro2 толығымен тұрақтандырылған. Электролиттің өнімділігі тікелей жұмыс температурасы мен батареяның жұмысын анықтайды. Таза Zro2-дің 1000 ℃-дағы кедергісі, ол оқшаулағыш материалдарға жақын 107 ₸ / см құрайды. Қазіргі уақытта Zro2 негізделген қатты электролиттер, олар кеңінен қолданыладыСоф, ZRO2 (4+) позициясының позициясын төмен валентті металл иондарымен алмастыру үшін белгілі бір дисвальды оксидтерді қолданыңыз. Нәтижесінде, ZRO2 (фторит құрылымы) зарядталған өтемақылардан жоғары температурадан жоғары температурадан жоғары температурадан жоғары температурадан (1000 ₸) ие. Осы тұрақтандырылған ZRO2, O ^ (2-) бос жұмыс орындары орта ретінде пайдаланылады, яғни, бос жұмыс орны механизмі O ^ (2-) өткізгіштік көрсету үшін пайдаланылады. Қазіргі уақытта электролит ретінде қолданылатын ең көп кездесетін материал - Y2O3-тұрақтандырылған ZRO2 (YSZ ретінде қысқартылған). Оның иондық өткізгіштігі оттегі ішінара қысымның ішінара шамадан оннан асқан кезде айтарлықтай өзгермейді. Қазіргі уақытта YSZ пленкасын қалай дұрыс қойылыммен қалай дайындау керек - бұл ыстық нүкте және адамдардың зерттеулеріндегі қиындық.

Ii. Анод материалы

Электродтық материалСофЕң алдымен катализатор. 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

Дофк катодында анодқа 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 диаграмма 2-суретте көрсетілген.

2-сурет. Софк құрылымдық диаграммасы