Oxido solidoaren erregai pila (Sofc) oinarrizko osaera

Bakar baten osagai nagusiakErregai-zelula elektrolitoa, anodoa, katodoa eta interkonektatu edo banatzaile bipolarra dira, 1. irudian erakusten den moduan.

1. irudia Osagai nagusiakSofc

Erregai-zelulak osatzen duten hainbat materialek egonkortasun ona izan beharko lukete oxidazioan eta (edo) giro murriztuz, besteak beste, egonkortasun kimikoa, kristalen egonkortasuna eta kanpoko dimentsioen egonkortasuna; elkarren arteko bateragarritasun kimikoa; eroankortasun elektriko egokia eta antzeko hedapen termiko koefizienteak. Aldi berean, elektrolitoa eta interkonexioa guztiz trinkoa izan behar da erregai gasa eta oxigenoa nahastea saihesteko eta nahastea; Anodoak eta katodoak porotsuak izan beharko lukete gasaren barneratzea erreakzio gunera errazteko. Erregai-gelaxkaren osagai desberdinen berariazko baldintzak 1. taulan agertzen dira.

I.Elektrolitomaterial

ElektrolitoaSofcBateriaren muina da, eta oxido zeramikaz osatuta dago, hau da, Sintered Solid Solid Solid Solid Solid Solid Solid Solid Birrince - Guztiz egonkortutako ZRO2. Elektrolitoaren funtzionamenduak zuzenean zehazten du funtzionamendu-tenperatura eta bateriaren errendimendua. Zro2 puruaren erresistentzia 1000 ℃ 107 ω / cm da, material isolatzaileengandik gertu dagoena. Gaur egun, Zro2 oinarritutako elektrolito solidoak, oso erabiliak diraSofc, erabili oxido divalente edo modu dibertigarri batzuk DOPE zro2-ri ZR ^ (4+) posizioa, Valent Metal ioi baxuak ordezkatzeko. Ondorioz, Zro2 (fluorito egitura) fasearen egitura egonkorra da, tenperatura altuetara (1000 ℃), eta gehiago sortzen dira karga-kalte-ordainaren ondorioz, eta, aldi berean, Zro2 eta 10 ^ (2) zkurtzen eroankortasun ionikoa handituz, oxigeno partzialaren eroanketa ionikoaren eroankortasuna handituz. Zro2 egonkortegi honetan, o ^ (2-) hutsuneak euskarri gisa erabiltzen dira, hau da, hutsik dagoen mekanismoa o ^ (2-) eroankortasuna erakusteko erabiltzen da. Gaur egun, elektrolito gisa erabiltzen den material ohikoena Y2O3 egonkortutako ZRO2 da (YSZ gisa laburtua). Bere iion eroankortasuna ez da nabarmen aldatzen oxigenoaren presio partziala hamar magnituderen aginduak baino gehiago aldatzen direnean. Gaur egun, nola prestatu YSZ filma errendimendu egokiarekin leku beroa eta zailtasunak dira pertsonen ikerketan.

II. Anodo materiala

Elektrodo materialaSofckatalizatzaile bat da lehenik. Anodo materialak eroankortasun elektroniko handia behar du, egonkortasuna giro murriztuz eta aire iragazkortasunean. Beraz, platinoa normalean erabiltzen da, baina platinoa garestia da. Nikelak eta kobaltoa bezalako material metalikoen erabilerak hedapen termikoa eta atxikimendu arazoak izango ditu, eta epe luzeko tenperatura altuko eragiketak ere bere porositatea murriztuko du. Egungo ikerketa-norabidea metalezko zeramika andearen material gisa erabiltzea da, eta hobe da NI-Composite YSZ. Zeregin nagusia da zentzuzko prozesuak aztertzea eta NI-YSZ material konposatuak prestatzea errendimendu egokiarekin.

III. Material katodikoa

Sofc katodoa anodoaren antzekoa da eta film eroale porotsua ere izan beharko luke. Bateriaren katodoak tenperatura altuko oxidatzaile giroan funtzionatzen du eta elektroiak transferitzeko eta oxigenoa transmititzeko eginkizuna betetzen du, material katodikoaren eskakizunak nahiko zorrotzak dira. Katodo materialak eroankortasun elektriko handia, tenperatura altuko oxidazioarekiko erresistentzia eta tenperatura altuko egonkortasun termikoa izan beharko lituzke, eta ez du kimikoki erreakzionatu elektrolitoarekin. Material tradizionala metalezko platinoa da eta azken garapena dopatutako oxido zeramika da - lamno3. Sofc-ko material katodiko gisa, esperimentu ugarik frogatu dute LA1-XSR XMNO3-k katodo material hobetsia dela.

IV. Konektore materiala

Elektrolitoak eta elektrodo materialak elkarrekin hiru bateria bakarreko unitate bakarra osatzen dute. Bateriaren boterea mugatua da eta 1V inguruko tentsioa soilik sor dezake. Potentzia handiko bateria-paketea lortzeko, hainbat bateriak hainbat modutan konektatu behar dira hainbat modutan (serieak, paraleloak eta mistoak), konektore materialak eta zigilatzeko materialak behar dituztenak. Sofc-en, konektorearen osagaia eroankortasun eta egonkortasun elektroniko ona izan behar da tenperatura altuetan. Gaur egun, oxido batzuk bakarrik erabil daitezke sofc konektore material gisa, hala nola Lantanum Chromate (Lacro3), Proovskite egitura batekin. Tenperatura altuko aleazio materialak sofc konektore material gisa erabilitako materialak ere ikerketa-hotspot dira.

V. zigilatzeko materialak eta beste batzuk

Zigilatzeko materialak elektrolito materialak eta konektore materialak elkarrekin lotzeko erabiltzen dira. Tenperatura altuak erresistenteak izan behar dute. Bateriaren erreakzioaren tenperaturaren azpian (700 ~ 1000 ℃), normalean beirazko zeramikazko urtze nahasiak prestatzen dira. Gainera, beste material laguntzaile batzuk behar dira, esaterako, Corundum hodiak oxigeno gas ganberak eta kuartzozko hodiak erregai gas ganberetan. Guztiek aireko sarrerak eta saltokiak dituzte eta zigilatu eta konektatu behar dira.

Vi. Zelula bakarreko muntaia

Eskala handiko sofc bateria-paketea da, hainbat egituratan pilatutako zelula bakarrez osatua. Gaur egun, lau bateria pakete mota garatu dira, tubularrak, serieak, blokeak eta lauak barne. Aplikazio praktikoetan, erregai bakoitzeko zelulak seriean eta / edo paraleloan lotzen dira, aplikazio zehatzak asetzeko bateria-pakete bat osatzeko. Erregai bakarreko zelulan 1.5 irudian, anodoak, elektrolitoak eta katodoak hiru bat-bateko egitura konposatu bat osatzen dute. Benetako ikerketan eta prozesamenduan, lau egiturazko motak eratu dira: zigilatu diseinu tubular gutxiago, segmentatutako zelulen diseinua, diseinu monolitikoa eta plater laua diseinua. Egiturazko diagrama 2. irudian agertzen da.

2. irudia Sofc-ren egiturazko diagrama