Comhdhéanamh bunúsach na cille breosla ocsaíde soladach (SOFC)

Príomh -chomhpháirteanna singilcill bhreosla is deighilteoir leictrilít, anóid, catóid agus idirnasc nó bipolar iad, mar a thaispeántar i bhFigiúr 1.

Figiúr 1 Na príomh -chomhpháirteanna deSOFC

Ba chóir go mbeadh cobhsaíocht mhaith ag na hábhair chomhpháirteacha éagsúla a dhéanann suas an chill bhreosla maidir le hatmaisféir a laghdú, lena n -áirítear cobhsaíocht cheimiceach, cobhsaíocht chriostal agus cobhsaíocht toisí seachtracha; comhoiriúnacht cheimiceach lena chéile; Seoltacht leictreach chuí agus comhéifeachtaí leathnaithe teirmeacha comhchosúla. Ag an am céanna, ceanglaítear ar an leictrilít agus ar an idirnasc a bheith dlúth go hiomlán chun gás breosla agus ocsaigin a chosc agus a mheascadh; Ba chóir go mbeadh an anóid agus an catóid póiriúil chun treá gáis a éascú go dtí an suíomh imoibriúcháin. Léirítear riachtanais shonracha na gcomhpháirteanna éagsúla den chill bhreosla i dTábla 1.

FreisinLeictrilítábhair

An leictrilít iSOFCIs é croílár na ceallraí, agus is iondúil go ndéantar é as criadóireacht ocsaíde, is é sin, leictrilít tuaslagáin sholadach sintéaraithe - ZRO2 atá cobhsaithe go hiomlán. Cinneann feidhmíocht an leictrilít teocht oibriúcháin agus feidhmíocht na ceallraí go díreach. Is é an friotachas atá ag ZRO2 íon ag 1000 ℃ ná 107 ω/cm, atá gar do ábhar inslithe. Faoi láthair, leictrilítí soladacha ZRO2-bhunaithe, a úsáidtear go forleathan iSOFC, bain úsáid as ocsaídí áirithe divalent nó fánacha chun ZRO2 a dhíspreagadh chun suíomh miotail íseal-valent a chur in ionad suíomh Zr^(4+). Mar thoradh air sin, tá struchtúr céime cobhsaí ag ZRO2 (struchtúr fluairíte) ó theocht an tseomra go teocht ard (1000 ℃), agus gintear níos mó folúntais O^(2) ann mar gheall ar chúiteamh a ghearradh, rud a mhéadaíonn seoltacht ianach ZRO2 go 10^(-2) S/cm, agus ag an am céanna leathnú an bhrú ocsaineach a sheasann an t-ocsaíd ocsaídí cóimeála ianach. Sa ZRO2 cobhsaithe seo, úsáidtear folúntais O^(2-) mar mheán, is é sin, úsáidtear an mheicníocht folúntais chun seoltacht (2-) a thaispeáint. Faoi láthair, is é an t-ábhar is coitianta a úsáidtear mar leictrilít ná ZRO2-chobhsaithe Y2O3-chobhsaithe (giorraithe mar YSZ). Ní athraíonn a sheoltacht ian go suntasach nuair a athraíonn an brú brú ocsaigine níos mó ná deich n -ordú méide. Faoi láthair, is é an chaoi le scannán YSZ a ullmhú le feidhmíocht oiriúnach ná láthair te agus deacracht i dtaighde daoine.

Ii. Ábhar anóid

An t -ábhar leictreoid deSOFCis catalaíoch é ar dtús. Éilíonn an t -ábhar anóid seoltacht leictreonach ard, cobhsaíocht in atmaisféar laghdaithe agus tréscaoilteacht aeir mhaith. Dá bhrí sin, is iondúil go n -úsáidtear platanam, ach tá platanam costasach. Beidh úsáid ábhar miotail mar nicil agus cóbalt ina chúis le mí-oiriúnú teirmeach agus fadhbanna greamaitheachta, agus laghdóidh oibríocht ardtéarmach fadtéarmach a phóirseacht freisin. Is é an treo taighde atá ann faoi láthair ná criadóireacht miotail a úsáid mar ábhair anóid, agus is é an ceann is fearr ná YSZ atá níos oiriúnaí. Is é an príomhthasc ná staidéar a dhéanamh ar phróisis réasúnta agus ábhair ilchodacha NI-ASZ a ullmhú le feidhmíocht oiriúnach.

Iii. Ábhar catóide

Tá catóid SOFC cosúil leis an anóid agus ba chóir go mbeadh sé ina scannán seoltaí leictreonach póiriúil. Ós rud é go n-oibríonn catóid na ceallraí in atmaisféar ocsaídiúcháin ardteochta agus go bhfuil ról aige maidir le leictreoin a aistriú agus ocsaigin a tharchur, tá na riachtanais don ábhar catóide sách dian. Ba chóir go mbeadh seoltacht leictreach ard, friotaíocht ocsaídiúcháin ardteochta agus cobhsaíocht theirmeach ardteochta ag an ábhar catóide, agus níor cheart go bhfreagródh sé go ceimiceach leis an leictrilít. Is é an t -ábhar traidisiúnta platanam miotail, agus is é an fhorbairt le déanaí criadóireacht ocsaíde dópáilte - LamNO3. Mar ábhar catóide SOFC, chruthaigh líon mór turgnamh gurb é LA1-XSR XMNO3 an t-ábhar catóide is fearr.

Iv. Ábhar cónascaire

Cruthaíonn na hábhair leictrilít agus leictreoidí aonad ceallraí aonair trí-i-aon. Tá cumhacht ceallraí amháin teoranta agus ní féidir leis ach voltas de thart ar 1V a ghiniúint. D'fhonn pacáiste ceallraí ardchumhachta a fháil, ní mór roinnt cadhnraí aonair a nascadh le chéile ar bhealaí éagsúla (sraith, comhthreomhar, agus measctha), a éilíonn ábhair chónascaire agus ábhair shéalaithe. I SOFC, ceanglaítear ar an gcomhpháirt cónascaire seoltacht agus cobhsaíocht mhaith leictreonach a bheith ag teochtaí arda. Faoi láthair, ní féidir ach cúpla ocsaíd a úsáid mar ábhair chónascaire SOFC, mar shampla crómáit lanthanum (Lacro3) le struchtúr perovskite. Is áit taighde freisin iad ábhair chóimhiotail ardteochta a úsáidtear mar ábhair chónascaire SOFC.

V. Ábhair Séalaithe agus daoine eile

Baintear úsáid as ábhair shéalaithe chun ábhair leictrilít agus ábhair chónascaire a nascadh le chéile. Ceanglaítear orthu a bheith frithsheasmhach in aghaidh teochtaí arda. Faoin teocht imoibriúcháin ceallraí (700 ~ 1000 ℃), is iondúil go n-ullmhaítear iad le leá measctha gloine-cheirmeach. Ina theannta sin, tá gá le hábhair chúnta eile, mar shampla feadáin chorundum mar sheomraí gáis ocsaigine agus feadáin Grianchloch mar sheomraí gáis breosla. Tá góilíní agus asraonta aeir acu go léir agus ní mór iad a shéalú agus a nascadh.

Vi. Tionól aonchille

Is pacáiste ceallraí é SOFC ar scála mór atá comhdhéanta de chealla aonair atá cruachta i struchtúir éagsúla. Faoi láthair, forbraíodh ceithre chineál pacáistí ceallraí, lena n -áirítear tubular, sraithuimhir, bloc, agus árasán. In iarratais phraiticiúla, tá cealla breosla aonair ceangailte i sraith agus/nó i gcomhthreo le pacáiste ceallraí a chruthú chun feidhmchláir shonracha a chomhlíonadh. Sa chill bhreosla aonair a thaispeántar i bhFíor 1.5, cruthaíonn an anóid, an leictrilít, agus an catóide struchtúr ilchodach trí-i-aon. I dtaighde agus próiseáil iarbhír, cruthaíodh ceithre chineál struchtúracha éagsúla: séala níos lú dearadh feadánach, dearadh deighilte-i-sraith, dearadh monolithic, agus dearadh pláta cothrom. Léirítear an léaráid struchtúrach i bhFíor 2.

Figiúr 2 An léaráid struchtúrach de SOFC