Миссия компании


повышение эффективности и безопасности энергетического оборудования клиентов, за счет внедрения инновационных технологических решений


Проекты и разработки


Технологии и проекты

подробнее


Новости


Новости компании и партнеров

подробнее


Сотрудничество


Предложение для разработчиков 

подробнее

Основные составляющие твердооксидных топливных элементов

Опубликовано 07.09.2017

В качестве электролита, в основном,  в твердооксидных топливных элементах используется диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ, например, ZrO2 + 8 mol.% Y2O3), который проводит только ионы О2-, а также обладает высокой химической, кристаллической стабильностью и низкой электронной проводимостью. Основными функциями электролита в ТОТЭ являются: разделение топлива и окислителя, перенос ионов кислорода от катода к аноду, а также предотвращение потока электронов, которые возникают на аноде, к катоду, так как это отрицательно сказывается на характеристиках ТОТЭ и обуславливает саморазряд. При этом ионная электрическая проводимость керамического электролита обусловлена наличием ионных дефектов в кристаллической решетке.

Анод в ТОТЭ является электродом, на котором топливо электрохимически окисляется. В качестве анодного материала широко используются керамические композиты из иттрия, стабилизированного цирконием, и металла, например, никеля (анод из Ni/YSZ). Анодный электрод должен обладать достаточной проводимостью (от 1 до 102 Ом/см2) и быть достаточно пористым (30–35 %), чтобы пропускать Н2 и СО.

Катод – это электрод, на котором молекула кислорода ионизируется до О2. В основном в качестве катода применяется композит на основе оксида лантана La и YSZ. Пористость катода должна быть в том же диапазоне, что и у анода. Кинетика реакции ионизации кислорода на катоде является лимитирующей для всех реакций, протекающих в ТОТЭ, а их высокая рабочая температура позволяет снизить высокое поляризационное сопротивление катода.

При снижении температуры от 900 до 700 °С снимаемая мощность падает в 5–6 раз, например, при температуре 700 °С максимальная плотность мощности составляет всего 25 мВт/см2, а при 900 °С – 250 мВт/см2 . Чтобы топливные элементы из традиционных материалов (Ni-кермет/YSZ/LSM) работали в диапазоне от 650 до 750 °С, необходимо уменьшать толщину электролитного слоя до 10–15 μм.

Топливные элементы с внешним риформингом топлива, в которых получение синтез-газа выделено в отдельную часть, наиболее перспективны в практическом применении. Процессы получения смеси СО и Н2 из природного газа хорошо изучены и достаточно давно применяются в различных отраслях промышленности. Получить СО и Н2 можно не только из природного газа, но и из других видов топлива (уголь, этанол, метанол, попутный газ, биогаз, дизельное топливо).

 


Материал подготовлен к.т.н., Волковой Ю.В. по материалам работы: Волкова Ю.В. Разработка адаптированной к инженерной практике методики расчета энергетических характеристик установок на твердооксидных топливных элементах: дис. ... канд. техн. наук. УрФУ, Екатеринбург, 2016


 

Основные составляющие твердооксидных топливных элементов

Политика cookie

Этот сайт использует файлы cookie для хранения данных на вашем компьютере.

Вы согласны?