کاربرد و مزایای کف نیکل در سلولهای سوخت اکسید جامد (SOFC)

کاربرد و مزایای کف نیکل در سلولهای سوخت اکسید جامد (SOFC).

اول ، بیایید بفهمیم سلولهای سوخت اکسید جامد (SOFC) چیست. سلولهای سوخت اکسید جامد (SOFC) ، همچنین به عنوان همه - جامد - سلولهای سوخت یا سلولهای سوخت سرامیکی شناخته می شوند ، دستگاههایی هستند که مستقیماً انرژی شیمیایی سوخت را از طریق واکنشهای الکتروشیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. بر خلاف انواع دیگر سلولهای سوختی ، SOFC برای ترویج واکنشهای الکتروشیمیایی به کاتالیزورهای فلزی گرانبها متکی نیست ، که تا حدودی وابستگی به فلزات نادر را کاهش می دهد و هزینه ها را کاهش می دهد.

SOFC مزایای اصلی زیادی دارد و آن را به عنوان یک موضوع داغ در زمینه انرژی تبدیل می کند:

از اصل کار ، SOFC "فرآیند معکوس" الکترولیز آب است. در فرآیند الکترولیز آب ، آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود. در SOFC ، واکنش اکسیداسیون سوخت در آند رخ می دهد ، واکنش کاهش اکسیدان در کاتد رخ می دهد و یونها از طریق الکترولیت برای تولید انرژی الکتریکی و انرژی گرما انجام می شود. به طور خاص ، سوخت (مانند هیدروژن) در آند اکسیده می شود و الکترون ها و پروتون ها (یا یون ها) را آزاد می کند. اکسیژن به یونهای اکسیژن موجود در کاتد کاهش می یابد ، و یون های اکسیژن از طریق الکترولیت اکسید جامد به آند مهاجرت می کنند و با سوخت برای تولید آب یا سایر محصولات واکنش نشان می دهند ، در حالی که الکترون ها از طریق مدار خارجی جریان می یابند تا جریان را تشکیل دهند و خروجی انرژی الکتریکی را تحقق بخشند.
از طریق اصل کار آن ، ما می توانیم کاربرد و مزایای کف نیکل را به شرح زیر درک کنیم:
1. ماده آند یا پشتیبانی آند
- {1- ساختار متخلخل بعدی از کف نیکل می تواند به عنوان یک بستر آند استفاده شود و یک سطح خاص خاص را فراهم کند ، باعث افزایش سایت های فعال واکنش و ترویج واکنش اکسیداسیون سوخت ها (مانند هیدروژن یا متان) شود. در مقایسه با آنگاههای سنتی Ni-} YSZ ، هدایت بالای آن می تواند تلفات اهمی را کاهش داده و راندمان هدایت الکترونیکی را بهبود بخشد.
2. جمع کننده فعلی
- به عنوان جمع کننده فعلی در سمت آند ، ساختار متخلخل فوم نیکل اجازه می دهد تا گاز آزادانه پخش شود ، در حالی که به طور کارآمد جریان را جمع می کند ، مقاومت تماس بین سطحی را کاهش می دهد و عملکرد باتری را بهینه می کند.
3 ساختار پشتیبانی فلز
- به عنوان اسکلت فلزی- sofc پشتیبانی شده ، مقاومت مکانیکی بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی فوم نیکل می تواند باعث افزایش دوام باتری ، پشتیبانی از لایه های الکترولیت نازک تر ، کاهش دمای عملیاتی (مانند درجه 600-800) و زمان شروع کار کوتاه شود.
4. مواد الکترود کامپوزیت
- ترکیب شده با مواد الکترولیت (مانند YSZ) برای تشکیل ساختار منافذ چند- ، در حالی که فعالیت کاتالیزوری را حفظ می کند ، انتقال سوخت و اکسیدان را بهبود می بخشد.
مزایا
1. ظرفیت تخلخل بالا و انتشار گاز
- ساختار شبکه بعدی - (تخلخل 70-95 ٪) توزیع گاز یکنواخت را ترویج می کند ، قطبش غلظت را کاهش می دهد و راندمان واکنش را بهبود می بخشد.
2. هدایت عالی
- هدایت نیکل خالص به طور قابل توجهی بهتر از کامپوزیت های سرامیکی است ، قطبش اهمی و بهبود راندمان تبدیل انرژی را کاهش می دهد.
3. استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی
- چقرمگی فوم فلزی بهتر از مواد سرامیکی است و می تواند در برابر چرخه های حرارتی و ارتعاشات مکانیکی مقاومت کند و برای محیط های درجه حرارت بالا مناسب است (درمان اکسیداسیون ضد- لازم است).
4. انعطاف پذیری تولید
- آسان برای پردازش به شکل های پیچیده ، از تولید مقیاس بزرگ {1} پشتیبانی می کند ، و ممکن است هزینه های تولید را کاهش دهد.

البته چالش ها و اقدامات احتیاطی دیگری نیز وجود دارد.
- مشکل اکسیداسیون درجه حرارت بالا: لازم است مقاومت اکسیداسیون را از طریق آلیاژ (مانند اضافه کردن CR ، AL) یا پوشش (مانند YSZ) ، به ویژه در جو اکسید کننده بهبود بخشید.
تطبیق انبساط حرارتی {{0}: لازم است با ضریب انبساط حرارتی مواد الکترولیت (مانند YSZ ، GDC) هماهنگ شود تا از ترک خوردگی رابط جلوگیری شود.
- Long- term ثبات: لازم است گرایش پخت نیکل را سرکوب کرده و ثبات ساختار متخلخل را حفظ کنید.
پیشرفت تحقیق
تحقیقات ، فوم نیکل را به عنوان یک بستر آند یا پشتیبانی فلزی مورد بررسی قرار داده است ، مانند تهیه الکترودهای کامپوزیت با استفاده از الکترودزنی یا رسوب بخار شیمیایی ، همراه با مواد کاتالیزوری سنتی (مانند Ni- YSZ) ، که عملکرد بسیار خوبی در کاهش مقاومت قطبش و افزایش چگالی قدرت دارد. در فلزی - sofc پشتیبانی شده ، ویژگی های سبک و بالا-} ویژگی های قدرت فوم نیکل توجه زیادی را به خود جلب کرده است.
به طور خلاصه ، نیکل فوم از پتانسیل کاربرد قابل توجهی در SOFC ، به ویژه در بهینه سازی انتقال گاز ، بهبود رسانایی و خصوصیات مکانیکی برخوردار است ، اما کاربرد عملی آن برای حل مشکلات سازگاری و ثبات مواد در محیط های درجه حرارت بالا نیاز دارد.