Nikkelivaahdon levitys ja edut kiinteissä oksidipolttokennoissa (SOFC)

Nikkelivaahdon levitys ja edut kiinteissä oksidipolttokennoissa (SOFC).

Ensinnäkin ymmärretään, mitkä kiinteät oksidipolttokennot (SOFC) ovat. Kiinteät oksidipolttokennot (SOFC), joka tunnetaan myös nimellä kaikki - kiinteät - tilaa polttokennot tai keraamiset polttokennot, ovat laitteita, jotka muuttavat polttoainekemiallisen energian suoraan sähköenergiaksi sähkökemiallisten reaktioiden kautta. Toisin kuin muut polttokennot, SOFC ei luota jalometallikatalyytteihin sähkökemiallisten reaktioiden edistämiseksi, mikä vähentää tietyssä määrin riippuvuutta harvinaisista metalleista ja vähentää kustannuksia.

SOFC: llä on monia ydinetuja, mikä tekee siitä kuuman aiheen energiakentällä:

Työperiaatteesta SOFC on vesielektrolyysin "käänteinen prosessi". Vesielektrolyysiprosessissa vesi hajoaa vety- ja happea; SOFC: ssä polttoaineen hapettumisreaktio tapahtuu anodissa, hapettimien pelkistysreaktio tapahtuu katodissa ja ionit suoritetaan elektrolyytin läpi sähköenergian ja lämmönenergian tuottamiseksi. Erityisesti polttoaine (kuten vety) hapettuu anodiin, vapauttaen elektronit ja protonit (tai ionit); Happi pelkistetään katodin happi -ioneiksi, ja happi -ionit siirtyvät anodiin kiinteän oksidielektrolyytin läpi reagoivat polttoaineen kanssa veden tai muiden tuotteiden tuottamiseksi, kun taas elektronit virtaavat ulkoisen piirin läpi virran muodostamiseksi ja sähköenergian ulostulon.
Työperiaatteensa avulla voimme ymmärtää nikkelivaahdon soveltamisen ja edut seuraavasti:
1. Anodimateriaali- tai anodituki
- Kolme - Nikkelivaahdon mitathuokoista huokoista rakennetta voidaan käyttää anodisubstraattina, mikä tarjoaa korkean spesifisen pinta -alan, lisäämällä reaktion aktiivisia kohtia ja edistämällä polttoaineiden hapettumisreaktiota (kuten vety tai metaani). Verrattuna perinteisiin Ni - YSZ -anodeihin, sen korkea johtavuus voi vähentää ohmisia häviöitä ja parantaa elektronisen johtavuuden tehokkuutta.
2. Nykyinen keräilijä
- Nikkelivaahdon huokoinen rakenne nykyisenä kollektorina kaasun diffundoituna vapaasti, samalla kun se kerää tehokkaasti virtaa, vähentämällä rajapintojen kosketuskestävyyttä ja akun suorituskyvyn optimointi.
3. Metallin tukirakenne
- metallin luurankoina - tuettu SOFC, nikkelivaahdon korkea mekaaninen lujuus ja lämmön iskunkestävyys voivat parantaa akun kestävyyttä, tukea ohuempia elektrolyyttikerroksia, vähentää käyttöaikaa (kuten 600-800 astetta) ja lyhentää käynnistysaika.
4. komposiittielektrodimateriaalit
-, joka on komposittu elektrolyyttimateriaaleilla (kuten ySZ) multi - -tason huokosrakenteen muodostamiseksi, parantaa polttoaineen ja hapettimen siirtoa samalla pitäen katalyyttistä aktiivisuutta.
Edut
1. Korkea huokoisuus ja kaasun diffuusiokyky
- Kolme - mittaverkon rakenne (huokoisuus 70-95%) edistää tasaista kaasun jakautumista, vähentää pitoisuuden polarisaatiota ja parantaa reaktion tehokkuutta.
2. Erinomainen johtavuus
- Puhtaan nikkelin johtavuus on huomattavasti parempi kuin keraamisten komposiittien johtavuus, vähentäen ohmista polarisaatiota ja parantamalla energian muuntamistehokkuutta.
3. Mekaaninen lujuus ja lämmönvakaus
- Metallivaahdon sitkeys on parempi kuin keraamisten materiaalien, ja se kestää lämpösyklejä ja mekaanisia värähtelyjä, ja se sopii korkean lämpötilan ympäristöihin (anti - hapettumiskäsittely vaaditaan).
4. Valmistuksen joustavuus
- Helppo käsitellä monimutkaisiksi muodoiksi, tukea suuria - asteikkojen tuotantoa ja vähentää valmistuskustannuksia.

Tietysti on muita haasteita ja varotoimenpiteitä.
- Korkean lämpötilan hapettumisongelma: On tarpeen parantaa hapettumiskestävyyttä seostamalla (kuten lisäämällä CR, Al) tai pinnoitteen (kuten YSZ), etenkin hapettavassa ilmakehässä.
- Lämpölaajennuksen sovittaminen: On välttämätöntä koordinoida elektrolyyttimateriaalin (kuten YSZ, GDC) lämpölaajennuskertoimen kanssa rajapinnan halkeamisen välttämiseksi.
- pitkä - Termi Stabiilisuus: On välttämätöntä tukahduttaa nikkelin sintraus taipumus ja ylläpitää huokoisen rakenteen stabiilisuutta.
Tutkimuksen eteneminen
Tutkimuksessa on tutkittu nikkelivaahtoa anodi -substraattina tai metallituella, kuten komposiittielektrodien valmistelu elektrodepositiolla tai kemiallisella höyryn laskeutumisella, yhdistettynä perinteisiin katalyyttisiin materiaaleihin (kuten Ni - YSZ), jolla on erinomainen suorituskyky vähentämällä polarisaatiokestävyyttä ja lisääntyvää tehotiheyttä. Metallissa - tuetut SOFC: n kevyt ja korkea - nikkelivaahto -lujuusominaisuudet ovat herättäneet paljon huomiota.
Lyhyesti sanottuna, nikkelivaahdolla on merkittävä käyttöpotentiaali SOFC: ssä, etenkin kaasun siirron optimoinnissa, johtavuuden ja mekaanisten ominaisuuksien parantamisessa, mutta sen käytännön sovelluksen on ratkaistava materiaalin yhteensopivuuden ja stabiilisuuden ongelmat korkean lämpötilan ympäristöissä.