Primjena i prednosti niklske pjene u čvrstih oksidnih gorivnih ćelija (SOFC)

Primjena i prednosti niklske pjene u čvrstih oksidnih gorivnih stanica (SOFC).

Prvo, hajde da shvatimo koje su gorivne ćelije od čvrste oksid (SOFC). SOLID oksidne ćelije (SOFC), takođe poznate kao sve - čvrste stanice ili ćelije za državnu gorivu ili keramičke gorivne ćelije, su uređaji koji direktno pretvaraju hemijsku energiju goriva u električnu energiju putem elektrohemijskih reakcija. Za razliku od ostalih vrsta gorivnih ćelija, SOFC se ne oslanja na dragocjene metalne katalizatore za promociju elektrohemijskih reakcija, što u određenoj mjeri smanjuje ovisnost o rijetkim metalima i smanjuje troškove.

SOFC ima mnogo osnovnih prednosti, što ga čini vrućom temom u energetskom polju:

Iz principa rada, SOFC je "obrnuti proces" vodene elektrolize. U procesu vodene elektrolize, voda se raspada u vodik i kiseonik; U SOFC-u se pojavljuje reakcija oksidacije goriva, reakcija redukcije oksidans nastaje na katodi, a ioni se provode kroz elektrolit za generiranje električne energije i toplotne energije. Konkretno, gorivo (poput vodonika) je oksidirano u anodi, oslobađajući elektrone i protone (ili jone); Kiseonik se smanjuje na kisik na katodu, a kisik ioni migriraju na anodu kroz čvrsti oksidni elektrolit, reagirajući s gorivom za proizvodnju vode ili druge proizvode da se izlaže struje i realiziraju izlaz električne energije.
Kroz svoj princip rada možemo razumjeti aplikaciju i prednosti niklske pjene na sljedeći način:
1. Anodni materijal ili podrška anode
- Tri - dimenzionalna porozna struktura nikla pene mogu se koristiti kao anodna podloška, ​​pružajući visoko specifičnu površinu, povećavajući reakciju aktivne stranice i promovisanje reakcije oksidacije goriva (kao što su vodonik ili metan). U usporedbi s tradicionalnim Ni - YSZ Anodesom, njegova visoka provodljivost može smanjiti ohmičke gubitke i poboljšati elektroničku efikasnost provođenja.
2. Trenutni sakupljač
- Kao trenutni sakupžnik na anodnoj strani, porozna struktura niklane pjene omogućava da plin slobodno difundira, dok efikasno prikuplja struju, smanjenje interfejsnog kontakt otpornosti i optimizacije performansi baterije.
3. Metalna konstrukcija podrške
- Kao što je kostur metalni - SOFC, visoka mehanička čvrstoća i toplotna udarna otpornost na nikl pena može poboljšati trajnost baterije, podržavati tanjim slojevima elektrolita, smanjite radne temperature (kao što je 600-800 stepeni) i skratite vreme za pokretanje.
4. Kompozitni materijali elektrode
- Komponirano sa elektrolitnim materijalima (kao što je YSZ) da formiraju više - strukturu nivoa poravnanja, poboljšavaju prenos goriva i oksidansa uz održavanje katalitičke aktivnosti.
Prednosti
1. Visoka poroznost i kapacitet difuzije gasa
- Tri - dimenzijska mreža (poroznost 70-95%) promoviše jedinstvenu distribuciju gasa, smanjuje polarizaciju koncentracije i poboljšava efikasnost reakcije.
2. Odlična provodljivost
- Provodljivost čistog nikla je značajno bolja od onog od keramičkih kompozita, smanjujući ohmičku polarizaciju i poboljšanje efikasnosti pretvorbe energije.
3. Mehanička čvrstoća i toplotna stabilnost
- Čvrstoća metalne pene je bolja od onog od keramičkih materijala, a može izdržati termičke cikluse i mehaničke vibracije i pogodan je za visoke temperaturne okruženja (anti - tretiranje oksidacije).
4. Fleksibilnost izrade
- Jednostavan za obradu u složenim oblicima, podržite velikog - proizvodnje skale i može smanjiti troškove proizvodnje.

Naravno, postoje i drugi izazovi i mjere predostrožnosti.
- Problem sa visokim temperaturama: Potrebno je poboljšati otpor oksidacije kroz leguru (kao što je dodavanje CR-a, AL) ili premaza (kao što je YSZ), posebno u oksidiranju atmosfere.
- Toplotno širenje: Potrebno je koordinarati sa termički koeficijent ekspanzije elektrolitnog materijala (poput YSZ, GDC-a) kako bi se izbjeglo pucanje sučelja.
- Dugo - termin stabilnost: potrebno je suzbiti sinterovanje tendenciju nikla i održavanje stabilnosti porozne strukture.
Istraživački napredak
Istraživanje je istraživalo nikl pjenu kao anodni supstrat ili metalnu podršku, poput pripreme kompozitnih elektroda elektrodepozicijom ili hemijskom talogom pare, u kombinaciji sa tradicionalnim katalitičkim materijalima (poput Ni - YSZ), koji ima odlične performanse u smanjenju politizacijskog otpora i povećanju gustoće snage. U metalu - podržani sofc, lagana i visoka - karakteristike snage snage niklske pjene privukle su mnogo pažnje.
Ukratko, nikl pjena ima značajan potencijal aplikacije u SOFC-u, posebno u optimizaciji prijenosa plina, poboljšanju provodljivosti i mehaničkih svojstava, ali njegova praktična primjena mora riješiti probleme materijalne kompatibilnosti i stabilnosti u visokim temperaturnim okruženjima.