Primjena i prednosti nikla pjene u gorivnim ćelijama od čvrstog oksida (SOFC)

Primjena i prednosti nikla pjene u gorivnim ćelijama od čvrstog oksida (SOFC).

Prvo, shvatimo što su čvrste oksidne gorivne ćelije (SOFC). COLID oksidne gorivne ćelije (SOFC), također poznate kao sve - kruta - stanja gorivne ćelije ili keramičke gorivne ćelije, uređaji su koji izravno pretvaraju kemijsku energiju goriva u električnu energiju elektrokemijskim reakcijama. Za razliku od drugih vrsta gorivnih ćelija, SOFC se ne oslanja na katalizatore dragocjenih metala za promicanje elektrokemijskih reakcija, što u određenoj mjeri smanjuje ovisnost o rijetkim metalima i smanjuje troškove.

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

Iz principa rada, SOFC je "obrnuti proces" vodene elektrolize. U procesu elektrolize vode, voda se razgrađuje u vodik i kisik; Kod SOFC -a, reakcija oksidacije goriva događa se na anodi, reakcija redukcije oksidansa događa se na katodi, a ioni se provode kroz elektrolit za stvaranje električne energije i toplinske energije. Konkretno, gorivo (poput vodika) oksidira na anodi, oslobađajući elektrone i protone (ili ioni); Kisik se smanjuje na ionima kisika na katodi, a ioni kisika migriraju na anodu kroz elektrolit krutog oksida, reagirajući s gorivom kako bi stvorio vodu ili druge proizvode, dok elektroni teče kroz vanjski krug kako bi nastali strujom i ostvarili izlaz električne energije.
Kroz njegov princip rada, možemo razumjeti primjenu i prednosti niklane pjene kako slijedi:
1. Anodni materijal ili podrška anode
- Tri - Dimenzionalna porozna struktura nikla od pjene može se koristiti kao anodni supstrat, pružajući visoku specifičnu površinu, povećavajući reakcijska aktivna mjesta i promičući reakciju oksidacije goriva (poput vodika ili metana). U usporedbi s tradicionalnim ni - ysz anodama, njegova visoka vodljivost može smanjiti ohmičke gubitke i poboljšati učinkovitost elektroničke provodljivosti.
2. Stručni sakupljač
- Kao trenutni sakupljač na anodnoj strani, porozna struktura nikla pjene omogućava slobodno difuzno difuzno, a istovremeno učinkovito prikupljanje struje, smanjujući interfacijalni otpor kontakta i optimizirajući performanse baterije.
3. Metalna potporna struktura
- Kako je kostur metala - podržan SOFC, visoka mehanička čvrstoća i otpornost na toplinski udar niklane pjene mogu poboljšati izdržljivost baterije, podržavati slojeve elektrolita tanjih elektrolita, smanjiti radne temperature (poput 600-800 stupnjeva) i skraćivanje vremena za pokretanje.
4. Kompozitni materijali elektroda
- sastavljen s elektrolitnim materijalima (poput YSZ) za stvaranje multi - razine strukture pora, poboljšati prijenos goriva i oksidansa zadržavajući katalitičku aktivnost.
Prednosti
1. Visoka poroznost i kapacitet difuzije plina
- Tri - Dimenzionalna mreža mreže (poroznost 70-95%) potiče jednoliku raspodjelu plina, smanjuje polarizaciju koncentracije i poboljšava učinkovitost reakcije.
2. Izvrsna vodljivost
- Vodljivost čistog nikla značajno je bolja od one u keramičkim kompozitima, smanjujući ohmičku polarizaciju i poboljšavajući učinkovitost pretvorbe energije.
3. Mehanička čvrstoća i toplinska stabilnost
- žilavost metalne pjene bolja je od keramičkih materijala, a može izdržati toplinske cikluse i mehaničke vibracije, a pogodan je za okruženje visoke temperature (potreban je anti - oksidacijski tretman).
4. Fleksibilnost proizvodnje
- Jednostavan za obradu u složene oblike, podržavaju veliku proizvodnju - i mogu smanjiti troškove proizvodnje.

Naravno, postoje i drugi izazovi i mjere opreza.
- Problem s oksidacijom visoke temperature: Potrebno je poboljšati otpornost na oksidaciju kroz legiranje (poput dodavanja CR, AL) ili premaza (kao što je YSZ), posebno u oksidirajućoj atmosferi.
- podudaranje termičkog ekspanzije: potrebno je koordinirati s koeficijentom toplinske ekspanzije materijala elektrolita (poput YSZ, GDC) kako bi se izbjeglo pucanje sučelja.
- dugačak - Stabilnost termina: potrebno je suzbiti tendenciju sinteriranja nikla i održavati stabilnost porozne strukture.
Napredak u istraživanju
Istraživanje je istraživalo nikl pjenu kao anodni supstrat ili metalni nosač, poput pripreme kompozitnih elektroda elektrodepozicijom ili taloženjem kemijskog para, u kombinaciji s tradicionalnim katalitičkim materijalima (poput ni - ysz), koji ima izvrsne performanse u smanjenju otpora na polarizaciju i povećanju snage snage. U metalu - Podržani SOFC, lagane i visoke - Karakteristike čvrstoće nikla pjene privukle su veliku pažnju.
Ukratko, nikla pjena ima značajan potencijal primjene u SOFC -u, posebno u optimizaciji prijenosa plina, poboljšanju vodljivosti i mehaničkih svojstava, ali njegova praktična primjena treba riješiti probleme kompatibilnosti i stabilnosti materijala u okruženjima s visokim temperaturama.