Đang tải... (xem toàn văn)
KỸ THUẬT ĐIỆN HÓA, PIN NHIÊN LIỆU DÀNH CHO SINH VIÊN KỸ THUẬTThành công trong việc chuyển hóa năng lượng hóa học thành năng lượng điện trong fuel cell đã được đưa ra các đây 160 năm. Tuy nhiên, mặc dù có những hiệu quả chuyển đổi của hệ thống và những thuận lợi về môi trường của công nghệ fuel cell. Nhưng nó đã được chứng minh là rất khó để phát triển sớm sản phẩm này trên thị trường. những vấn đề về sự thiếu nguyên liệu và con đường sản xuất để có thể đưa ra cái giá cho pin nhiên liệu cho mõi kWh để cạnh tranh và để tồn tại của công nghệ , như đã được đưa ra trong các bài khảo sát .
T hành công việc chuyển hóa lượng hóa học thành lượng điện fuel cell đưa 160 năm Tuy nhiên, có hiệu chuyển đổi hệ thống thuận lợi môi trường công nghệ fuel cell Nhưng chứng minh khó để phát triển sớm sản phẩm thị trường vấn đề thiếu nguyên liệu đường sản xuất để đưa giá cho pin nhiên liệu cho mõi kWh để cạnh tranh để tồn công nghệ , đưa khảo sát Các loại fuel cell chế hoạt động thể hình 1: P h ả n ứ n g o x i Pin nhiên liệu AFC PEMFC PAFC có phần xếp lớp yêu cầu phải tinh khiết để đưa H2 vào kết hợp anod , theo , sử dụng hydrocarbon hoăc alcohol phải xử lý bên trước đưa vào hệ thống vấn đè làm tăng tính phức tạp giá trin j hệ thống lên , lại làm giảm hiệu suất tông quát hình 2: Mặt khác , MCFCs SOFC hoạt động nhiệt độ cao có thuận lợi cho CO H2 xẩy phản ứng oxi hóa anod , , trình nhiên liệu phản ứng thực khoảng xếp lớp , cho phép nhiệt độ đưa vào để tạo hiệu suất toát ( gần 50%) Mặc dù ngành kinh tế hydro dường xem có viễn cảnh hấp dẫn ,nhưng thực có khó khan kinh tế công nghệ Công nghệ rẻ cho quy mô công nghiệp hydrozen là sử dụng nước khí tự nhiên làm tăng đáng kể lượng khí gây hiêu ứng nhà kính Vấn đề lưu trữ Hydrozen giải khồng có bước đột phá sản xuất hydrozen việc phát triển vật liệu lưu trữ hydrozen Việc định nghĩa kinh tế hydro chưa thể nói chắn viết , giả sử pin nhiên liệu thiết kế việc sử dụng hydrocarbon hay alcohol để đảm bảo công nghệ áp dụng để tạo sản phẩm cho thi trường Nếu không công nghệ pin nhiên liệu bị giới hạn Rõ rang việc lựa chọn nhiên liệu phức tạp yếu tố nảh hưởng đến giá trị thương mại pin Những hạn chế việc lựa chọn vật liệu : L o i f u e l Loại chọ vật liệu cho sản phẩm thương mại bao gồm việc lặp lặp lại trình để cuối biết đực tính cụ thể ứng dụng Tuy nhiên , làm vài báo cáo chung việc lựa chon vật liệu cho pin nhiên liệu việc kết hợp ASR cảu thành phần điện cực anod cathode nên 0.5 Ωcm2 Lý tưởng 0,1 Ωcm2 để đảm bảo mật độ lượng cao, với mục tiêu 1kW/dm3 1kW/kg mật độ lượng cao vấn đề quan trọng để giảm giá thành, giảm lượng vật liệu cho kW tối thiểu chủ đề này, xem xét hiệu suất fuel cell dduocj tóm tắt bảng Chúng ta cần giảm điện trở suất pin tác động việc lựa chọn trình thành phần pin Hiệu tạo thành điện cực lỗ xốp đạt cách 40 năm Chất điện giải, tác nhân khí , điện cực xúc tác , người lựa chọn vật liệu để đưa vào vùng không gian ba pha Cho nhiệt độ hệ thống thấp , PTFE Teflon vật liệu đơn giản tuyệt vời đê tạo lõ xốp , kim laoij bột cacbon vật liệu cacbon mao quản cung cấp điện tử giảm ASR điện cực mạng lưới dây kim loại màng để kết hợp lại thành cấu trúc chúng minh thêm việc thực đạt giai đoạn 1960 tinh thể nhỏ điện cực xúc tác 2-5nm hạt cacbon Độ dẫn cao > 1S cm-1 dd KOH , acid phosphoric điện cực chảy carbonate , với chiến lược thiết kế phù hợp , giá trị ASR cấu tử nhỏ Mặc dù thể giá trị độ dẫn ion cụ thể thấp ,màng Nafion sử dung hệ thống PEMFC dduocj thay đẽ dàng lớp film 10micromet để thỏa mãn giá trị ASR , lượng nước chứa lớp film kiểm soát điều kiện nhiệt động trình hoạt động pin mặt khác Thường lớp film điện hóa bị thêu kết nhiệt độ 1400 độ C, việc đòi hỏi chất gốm xốp, dùng làm điện cực Vật liệu lựa chọn để tránh phản ứng với chất điện ly có truyền nhiệt không ổn định gây trình thiêu kết Một thành phần quan trọng tế bào nhiên liệu ngăn xếp lưỡng cực dẫn điện tử không thấm nước Điều có chức kép là phân phối nhiên liệu lẫ không khí cho điện cưc anod cathode, cung cấp điện tử tiếp xúc tế bào Việc ăn mòn điều kiện acid phổ biến hệ thống PEMFC PAFC trường hợp người ta hạn chế việc lựa chọn lưỡng cực điện tử người ta chọn graphite Tuy nhiên việc thay vật liệu thói quen sản xuất bắt buộc hệ thống nhằm mục đích chi phí Các chương trình nghiên cứu phát triển xem xét để sử dụng vật liệu cacbon phuong pháp đúc , sử dụng vật liệu tráng lớp thép không gỉ Hệ thống MCFC SOFC hoạt động nhiệt độ cao khoảng 599-750 độ C, việc sử dụng lớp tráng thép không gỉ dường đáp ứng nhu cầu kinh tế SOFCs hoạt động nhiệt độ cao (800- 1000 độ C) đắt vật liệu lưỡng cực Những rang buộc vấn đề độ bền độ tin cậy tối thiểu giá trị Fuel cell hệ thống cân vê lượng, cân hệ thống thiết bị bơm , van, đường ống trao đổi nhiệt thiết bị phụ chiếm gần nauwr giá trị hệ thống không xem xét đây, ngoại trừ hệ thống PAFC Xử lý nguyên liệu bên vấn đề để phát triển chuyên sâu giới , nhiều hệ thống hoạt động gần đạt tới 30000h, Việc xử lý nguyên liệu bên quan trọng để phát triển rộng Và lọat sáng tạo đưa Trong thập kỷ , công nghệ fuel cell chứng minh giá trị tàu vũ trụ Apollo tau không gian thoi, vận hành với oxy hydro tinh khiết , đặc điểm hệ thống Nhưng bị kìm hãm mặt kinh tế, vấn đề thay hydrozen hợp chất rẻ hydrocacbon rượu vấn đề khó khăn cho việc lựa chọn vật liệu sau 20 năm phát triển tập đoàn Elenco phát triển việc sử dụng hệ thống AFC Người ta dự đoán việc thâm nhập thi trường hệ thống AFC nhỏ thay nguyên lieeuh H2 NH3 Khoảng gần 200 hệ thống PAFC hệ cũ lắp đặt toàn giới thể đáng tin cậy tốt nhiên tương lai thương mại hệ thống có nguy giảm xuống USS3.000 KWe dự đoán trước Theo , tập trung khía cạnh vật liệu hệ thống PEMFC, MCFC, SOFC , hệ thống đánh giá có tiềm Điều quan cần lưu ý vật liệu sử dụng hệ thống PEMFC , MCFC , tương tuej việc chọn vật liệu 25 năm trước Mặc dù sáng tạo thay đổi thói quen sàn xuất cải thiện thuộc tính vật liệu ( chi phí thấp việc sử dụng Pt ) Nhưng năm qua vấn đề thương mại hệ thống kỹ thuật nêu lên bất cập vầ việc lựa chọn vật liệu Polymeric – electrolyte-membrane fuel cells Những vật liệu quan trọng phát triển cho hệ thống xếp lớp PEMFC vật liệu xây dựng cho cấu trúc pin, lưỡng cực , điện xúc tác cho nhiên liệu điện cực khí màng dẫn điện ion Tùy vào nhiên liệu sử dụng pin mà vật liệu sử dụng khác Trường hợp đơn giản vận hành với hydrozen tinh khiết oxy không khí I Pin nhiên liệu màng chất điện giải polymer Vật liệu quan phát triển nhóm PEMFC vật liệu cấu trúc cho khung pin, lưỡng cực, chất xúc tác điện cho nhiên liệu anode không khí, màng truyền dẫn ion Phụ thuộc vào nhiên liệu sử dụng pin PEM, yêu cầu cho vật liệu hoàn toàn khác Trường hợp đơn giản vận hành với hydrogen oxygen tinh khiết không khí Những pin với mật độ lượng cao suy thoái thấp sẵn sàng trạng thái kỹ thuật Yêu cầu cho tương lai đạt đến giảm chi phí vốn hệ thống cách ý đến việc lựa chọn chế tạo vật liệu, việc tăng cường dung lượng sản xuất Mục tiêu chắn gây đánh giá hoàn thiện tất vật liệu sử dụng Khả thứ hai vận hành pin PEM với điện cực cải tạo Trong hợp này, khí trơ dòng CO diện nhiên liệu Điều thách thức cho điện cực nhiên liệu đặc biệt, chất xúc tác chịu CO yêu cầu Sự lựa chọn khó pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC) Điện cực methanol cần chất xúc tác chịu CO, loại CO hấp phụ hình thành thông qua oxi hóa điện phân methanol Ngoài ra, phân tử methanol phân cực xử lý cách tương tự nước dễ dàng thấm qua vật liệu màng tồn Việc xử lý dẫn đến thất thoát nhiên liệu dẫn đến hình thành điện hỗn hợp điện cực không khí Sự phát triển vật liệu màng đổi loại bỏ nhược điểm Vì khả chịu CO điện xúc tác phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, màng thay với nhiệt độ ổn định tốt mục tiêu R & D quan trọng khác Tuy nhiên, nhiệt độ hoạt động cao điểm sôi nước đòi hỏi loại vật liệu màng hoàn toàn khác, chất lỏng nước có mặt trường hợp cho chế dẫn truyền proton hydrat hóa Tấm lưỡng cực Nhiều nổ lực sử dụng vào việc phát triển vật liệu hiệu chi phí cho lưỡng cực Về khía cạnh chống ăn mòn, vật liệu graphite ưa chuộng Tuy nhiên, độ dẫn điện vật liệu graphite thấp nhiều so với vật liệu kim loại Một vài giá trị độ dẫn điện: polymer C, ~ S cm -1; graphite, 103 S cm-1; vàng, 45,000×103 S cm-1; Hợp kim Fe, 5,300×103 S cm-1; Ti, 2,400×103 S cm-1 Đối với lưỡng cực, hợp chất polymer / graphite phát triển với 10 S cm-1, giảm điện trở suất lưỡng cực tốt điện trở suất màng Ngoài ra, chi phí chế tạo graphite kết hợp kênh phân phối khí cao, làm cho cấu tử đắt Hơn nữa, vật liệu graphite có bề mặt xốp, chất kết dính nhựa phải thêm vào để sản xuất chống thấm cần thiết Vật liệu polyme gia công cách dễ dàng rẻ cách ép nóng tiêm vào khuôn đúc Ví dụ, Polypropylene trộn với graphite để đạt độ dẫn điện vừa đủ Hàm lượng graphite cao sản xuất giá trị dẫn điện tốt hơn, tính chất học kết hợp trở thành không mong muốn độ dòn tăng không làm giảm độ dẻo dai, mà làm cho sản xuất khó khăn tốn Hàm lượng carbon điển hình nằm khoảng từ 50 đến 80% trọng lượng, vài nhóm tối ưu hóa trình gia công kết hợp với tối ưu hóa vật liệu Một chiến lược khác sử dụng lưỡng cực kim loại Cấu trúc dòng khí dễ dàng chế tạo kim loại mỏng cách ép, có vài kim loại đủ khả chống ăn mòn môi trường axit màng Vật liệu hứa hẹn thép không gỉ, kim loại ứng cử viên khác titan, niobi, tantali vàng (bao gồm kim loại mạ vàng) đắt Thép không gỉ cung cấp hiệu suất thỏa đáng cho hàng ngàn Thép bảo vệ lớp thụ động phía catod, phía anode trở nên ô nhiễm sản phẩm ăn mòn Stacks với lưỡng cực kim loại phát triển Nuvera Siemens Chất xúc tác điện Vấn đề quan trọng thứ hai liên kết với chất xúc tác điện Vận hành với hydrogen không khí tinh khiết, platin vật liệu hoạt động Để giảm chi phí, hạt nano platin carbon hỗ trợ phát triển, việc giảm hàm lượng kim loại mà không làm giảm hiệu suất pin hoạt động R & D quan trọng Việc tải platin giảm đáng kể từ mg/cm điện cực đến giá trị 0,5 mg/cm2 mà tác động đáng kể đến hiệu suất tuổi thọ Trong phòng thí nghiệm, chí lượng platin tải thấp kiểm tra Đối với nhiên liệu chứa dòng CO, methanol DMFC, chất xúc tác chịu CO cần thiết Đây nhiệm vụ khó khăn với phát triển thành công hệ thống PEMFC thương mại Đối với điện cực cải tạo oxy hóa methanol, loại bỏ loại CO hấp phụ bước xác định tốc độ Quá trình oxy hóa CO hấp phụ Pt chậm, hỗ trợ loại OH hấp thụ lân cận Đây lý Ru, với điện thấp cho hình thành OH-, cấu tử hiệu chất xúc tác đôi Pt/Ru hợp kim đôi ba khác với kim loại quý nghiên cứu chuyên sâu, giá trị hiệu suất tăng lên đáng kể Sự mát hiệu suất thường biểu diễn mV cho hàm lượng CO định nhiên liệu, báo cáo gần cho thấy kết đầy hứa hẹn, ra, ví dụ, hình Màng Mặc dù Công ty General Electric Mỹ (GE) khởi xướng xây dựng PEMFCs năm 1950, giới thiệu Nafion DuPont đảm bảo quan tâm tiếp tục hệ thống Ban đầu Nafion sản xuất cho pin màng sử dụng việc sản xuất clo (pin clo-kiềm) Đến năm 1990, Ballard vượt qua nhiều vấn đề kỹ thuật liên quan đến hệ thống PEMFC, điều kích thích nhiều nhóm nghiên cứu Mỹ Nhật Bản để cải thiện tính chất vật liệu Nafion ban đầu Ví dụ, độ dẫn ion cao đạt cách chọn copolyme axit perfluorosulphonic với nhóm đuôi ngắn, nhận độ thẩm từ khí phân tử nhỏ đặc điểm quan trọng khác cần cải thiện Các thuộc tính sau màng polyme cần phải tối ưu hóa để sử dụng pin nhiên liệu: (1) dẫn proton cao, đảm bảo nhóm axit ionic (thường SO3H), tùy thuộc vào mức độ sulphonat hóa độ dày màng; (2) gia công tốt, hóa chất cường độ nhiệt yêu cầu việc lựa chọn khung polymer thích hợp; độ bền học cho màng mỏng thường xuyên cải thiện cách tăng cường; (3) độ thẩm thấu khí thấp, điều phụ thuộc vào vật liệu độ dày màn; (4) cho ứng dụng DMFC hệ số kéo điện thẩm thấp để giảm methanol xuyên chéo Có tương tác đáng kể tính chất mong muốn màng – tính truyền dẫn cao, trương thấp, độ thẩm thấu khí methanol thấp, ổn định - loại khung polymer, mức độ sulphonat hóa tách pha nano vùng ưa nước kỵ nước (ví dụ, độ sulphonat hóa cao thường dẫn đến màng truyền dẫn cao, dẫn đến tính trương cực độ) Để đáp ứng yêu cầu này, cách tiếp cận khác kiểm tra: sulphonat vật liệu perfluorinated có hỗ trợ vi xốp; sulphonat polyhydrocarbons; phức acid-base kết hợp với dư thừa nhóm ionic axit; vật liệu composite vô cơ-hữu với độ ổn định nhiệt đặc tính giữ nước tốt Bởi khung PTFE giống họ trọng lượng tương đương tương đối thấp, Nafion vật liệu liên quan lựa chọn ưa chuộng thường sử dụng ngăn xếp pin nhiên liệu, chi phí cao Vì vậy, nhiều nỗ lực áp dụng cho phát triển giá rẻ hơn, thông thường flo, vật liệu màng Nhưng hydrocarbon thường chịu nhiệt độ ổn định không đủ, ngày nhiều nhóm nhân thơm đưa vào khung polyme Polyarylenes dường phân tử ổn định số hydrocarbon Ví dụ, poly (arylene ether sulphone) - dựa màng chuẩn bị cách sulphonat polyme thương mại sẵn có Udel Victrex Đối với độ dẫn ion cao, tỷ lệ sulphonat hóa cao mong muốn, việc sulphonat hóa cao dẫn đến trương cực nhiệt độ phòng Như vậy, liên kết ngang chuỗi polymer nhóm acid sulphonic bao gồm bước tổng hợp để khắc phục vấn đề trương Tuy nhiên, ổn định lâu dài cầu liên kết ngang sulphonamide chưa chứng minh Phương pháp liên kết ngang thay thế, chẳng hạn liên kết ngang cộng hóa trị liên kết ngang ion đời base polyme (màng acidbase hỗn hợp), kiểm tra Vận hành nhiệt độ cao, điều mong muốn cho hệ thống DMFC mật độ lượng cao cho nhiên liệu cải tạo với mức CO 100 ppm, chế dẫn truyền trở thành vấn đề trội Trong loại màng mô tả trước (polyme hydrat hóa), chế dẫn truyền proton dựa dịch chuyển proton hydrat hóa Trên 100oC, vận hành điều áp cần thiết để đảm bảo diện dung dịch nước Axit photphoric polyme có dị vòng cố định đưa chế dẫn truyền dựa cấu trúc phân tán, sử dụng nhiệt độ nhiệt độ sôi nước Do axit photphoric dạng lỏng ma trận xốp biết đến từ phát triển PAFC, cách thức để đạt hỗn hợp composite với tính chất tốt nghiên cứu Một vật liệu polyme cho ứng dụng nhiệt độ cao polybenzimidazole (PBI), tạo thành sảm phẩm cộng với axit vô Các báo cáo ban đầu từ Savinell mô tả việc sử dụng PBI với axit photphoric màng thí nghiệm pin nhiên liệu Các phát triển sau dẫn tới hỗn hợp acid-base polyme với PBI polyetheretherketones sunfonat Giảm độ thẩm thấu Methanol liệu hiệu suất tương đương với Nafion 112 báo cáo Axiva (một phần nhóm Hoechst Celanese) công bố việc sản xuất vật liệu màng PBI-based, hợp tác độc quyền với đối tác (Plug Power Honda) Cần nhấn mạnh rằng, vật liệu màng thay không xuất hiện, đáng kể R & D cần phải tối ưu hóa sản xuất màng điện cực tổ hợp (MEA).Sự phát triển có nhiều năm với MEAs loại Nafion, số giới chuyên môn đạt có lẽ chuyển giao đến hệ thống II Pin nhiên liệu Oxide rắn SOFC loại pin nhiên liệu, tạo điện trực tiếp từ oxi hóa nhiên liệu Chất điện phân thường oxit rắn vật liệu ceramic Ưu điểm: hiệu suất cao, ổn định lâu dài, linh hoạt nhiên liệu, khí thải thấp, chi phí thấp Nhược điểm: nhiệt độ vận hành cao, làm thời gian kéo dài tương thích hóa Phản ứng hoạt động đơn giản: Phản ứng anode: 2H2 + O2- => H2O + ePhản ứng cathode: O2 + 4e- => 2O2Tổng quát: H2 + O2 => H2O + lượng (điện) Cơ chế: Mỗi pin nhiên liệu gồm có cathode dương anode Phản ứng sinh điện xảy hai điện cực Giữa hai điện cực chất điện phân (Electrolyte), vận chuyển hạt điện tích từ cực sang cực khác, chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng Các phản ứng hóa học tạo dòng điện chìa khóa chế hoạt động pin nhiên liệu Hydrogenđi vào pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy anode lấy electron chúng Hydrogen bị ion hóa mang điện tích dương Electron điện tích âm chạy qua dây dẫn tạo dòng điện chiều Oxygen vào cathode và, kết hợp với electron từ dòng điện Chất điện phân đóng vai trò định chủ chốt Nó phải cho phép ion thích hợp qua anode cathode; electron tự hay chất khác qua chất điện phân này, chúng làm hỏng phản ứng hóa học PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN Ở NHIỆT ĐỘ CAO Bảng 4: trình bày độ dẫn ion số chất điện phân khác tương ứng với nhiệt độ Với ASR tối đa 0,15V cm2, từ dể dàng tính độ dày chất điện phân Để đảm bảo nội lực điện cực chất điện phân nhỏ, điện trở riêng thường vào khoảng 0,15 Lớp điện phân vào khoảng 15 nanomet Tương ứng với độ dẫn lớp điện phân vào khoảng 10-2 Từ cho thấy nhiệt vận hành chất điện phân khác khác YSZ( vật liệu nano, loại chất điện phân sử dụng phổ biến SOFC, tạo thành từ niken ceramic) thường có độ dày khoảng 150mm chịu nhiệt độ tốt 950C Ở khoảng nhiệt độ 950C gây nên số vấn đề cho dạng cấu hình SOFC phẳng ( độ bền cấu hình phẳng thấp so với ống dù hiệu suất cao số vấn đề như: tính bền vững bề mặt chất điện phân điện cực) Một số vấn đề kinh tế đặt việc lựa chọn cấu hình cho chất điện phân SOFC Do vấn đề cấu hình phẳng gặp phải nhiệt độ cao, thúc đẩy loại cấu hình tạo giảm thiểu ảnh hưởng nhiệt, cấu hình dạng ống, bật Siemen-Westinghouse, với 1,5m cathode ống La(Sr)MnO3, LSm, 30-40mm chất điện phân YSZ, Ni-YSZ anode( lớp anode dày nặng chứa lỗ nhỏ hỗ trợ trình cơ) Mặc dù thành công từ góc độ kỹ thuật, trình để chế tạo lớp pin phức tạp tương đối đặt tiền nên việc thay không khả quan Sự chọn lựa LSM cho cathode Ni-YSZ cho anode thành lập từ lâu, sau số thực nghiệm kiểm tra tương thích YSZ nhiệt độ cao Cấu hình ống SiemenWestinghouse loại cấu hình phát triển nhất, điện tạo khoảng, 25kW, 100kW, 200kW Có thể kết hợp với tuabin để cung cấp hệ thống có khả tạo điện với hiệu suất 60% Tuy nhiên điều quan tâm nhiều thiết kế hệ thống lựa chọn phát triển vật liệu PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN Ở NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH Một số chiên lược công ty đa quốc gia lớn ( chẳng hặn Westinghouse, GE, ABB) ủng hộ phát triển đamegawatt, SOFC nhiệt độ cao, tạo nên sức ảnh hưởng lớn lên thiết kế vật liệu SOFC năm 2970 Tuy nhiên, đến 1990, bắt đầu thừa nhận SOFC nhỏ khó kết hợp với tuabin khi, nhiệt độ vận hành nên mức thấp mà không ảnh hưởng đến động học điện cực nội lực pin Sư phát triển số IT-SOFC nhỏ phát triển để cung cấp lượng điện cho số chức phụ trợ điều hòa không khí loại phương tiện giao thông Pin nhiên liệu oxit rắn ceramic hoạt động dihydro tinh khiết hydrocacbua Do có nhiệt độ hoạt động cao (700 - 1000 oC) nên loại pin sử dụng nơi có sở hạ tầng lớn cố định Muốn sử dụng cho phạm vi nhỏ hẹp (các loại xe giới nhà tư nhân) phải hạ mức nhiệt để tăng tốc độ khởi động pin giảm mức tiêu thụ lượng, từ nâng cao hiệu suất tiết kiệm Một ví dụ điển hình cho loại chất điện phân răn nhiệt độ trung bình (500-750C) xác định hình Nếu ta lần cho lớp điện phân không cần cung cấp 0,15Vcm2 cho pin, mức L=15mm, độ dẫn ion chất điện phân không vượt 10-2 Kiểm tra hình 4, cho thấy độ dẫn ion YSZ đạt mục tiêu nhiệt độ 700C, CGO 500C Việc sử dụng lớp điện phân mỏng làm nhiệt độ hoạt động hạ xuống Nhưng sản xuất loại lớp điện phân đa số khoảng 10-15mm kinh tế, lâu đời Sử dụng chất điện phân dày đòi hỏi chất thích hợp, thành phần cấu trúc pin, để tối ưu hóa lực học tính thấm khí Cấu hình IT-SOFC tìm cách giữ lại ưu điểm cụ thể hai xếp hình ống phẳng Tích hợp kết hợp kết nối nhiều pin với nhau, chất ceramic, nhiều tính hình ống Hầu hết phá triển dựa vào liên quan với lớp điện phân dày YSZ, hầu hết nhóm sử dụng chất Ni-YSZ làm anode, vấn đề liên quan với việc sử dung chất xốp Ni-YSZ ảnh hưởng đến độ tương thích nhiệt lớp YSZ Hầu hết nhà sản xuất IT-SOFC sử dụng kim loại lưỡng cực Thường thép không gỉ hệ số nhiệt thấp hợp kim Phần lớn người phát triển IT-SOFC sử dụng hai cực kim loại thường thép ferritic theo lí thuyết hệ số truyền nhiệt thấp(12,5*10-6 K-1) Hơn thế, việc sử dụng thành phần Nb-Ti,lớp dẫn điện xen trì tương tác chất cấu thành bình điện kéo dài thập kỉ.phương án phòng ngừa dựa theo số liệu R&D báo cáo xác pin ITSOFC kết hợp thành phần PEN :chiều dày lớp chất điện phân YS ,catot LSM-YS ,sự cản trở lớp lưỡng cực Một bên thép cửa thoát cho lượng nhiệt phản ứng bên pin nhiên liệu, bên lại ngăn nhiên liệu dẫn vào bên pin Nhiệt thoát khỏi nhiên liệu nóng, qua ngăn tiếp xúc với nhiên liệu nhiệt độ thấp đưa vào bên pin, đưa nhiệt độ nguồn nhiên liệu lên mức thích hợp để tạo phản ứng bên pin nhiên liệu Ngoài IT-SOFC thường tích hợp hệ thống làm nguội Cấu trúc lớp điện phân lớp vật liệu xốp thường xuyên đót cháy nhiệt độ 1400c,niken làm giảm cách cẩn thận nhiên liệu suốt giai đoạn làm nóng ban đầu.Thêm vào , phải có điều chỉnh ngăn chặn õi hóa niken pin SOFC làm lạnh thiếu nhiên liệu thông qua vách ngăn anot Để giảm đến mức tối thiểu vấn đề hàn kín, nhiều pin IT-SOFC thiết kế tròn nơi mà nhiên liệu không khí đưa vào nghĩa đường ống trung tâm PEN Sự phân phối không khí khí nhiên liệu anot catot, điều chỉnh dòng chảy để nâng cao hiệu thời gian giới hạn Nhiên liệu không khí không phản ứng sau đốt cháy điều kiện nhiệt độ không thay đổi nhiều Những thiết kế hạn chế việc hàn kín cho phép hạn chế chu trình nhiệt Nghiên cứu cung cấp Suler Hexis mcro-CHP thiết kế phù hợp với mô hình gia đình (Fig 5) đơn vị lượng bổ trợ (APU) cung cấp Delphi-BWM-Global Thermalelectric cconsortium để tạo nên chất kết dính.Nhưng dòng nóng dòng lạnh không vượt 500oC giờ.Mặc dù giới hạn không gay gắt hệ thống CHP lớn(>100kW), không thích hợp hệ thống nhỏ (1-10kW) với thiết kế micro-CHP APU Xa ,R&D yêu cầu sản xuất pin SOFC không phẳng.Về lĩnh vực thương mại tin năm đạt mức giá yêu cầu([...]... Giữa hai điện cực là chất điện phân (Electrolyte), vận chuyển các hạt điện tích từ cực này sang cực khác, và chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng Các phản ứng hóa học tạo ra dòng điện chính là chìa khóa trong cơ chế hoạt động của pin nhiên liệu Hydrogenđi vào pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy ra ở anode sẽ lấy đi electron của chúng Hydrogen bị ion hóa và mang điện tích dương Electron điện tích... để tìm vật liệu thay thế với sự tổ hợp thích hợp các thành phần thay thế thành phần truyền thống flour và CeO2 Thí nghiệm với bình điện chỉ sử dụng nhiên liệu cho pin IT-SOFC được báo cáo.Đối với hỗn hợp dòng nhiên liệu và không khí trên hai điện cực vật liệu gốm.Một điện cực kết hợp sự tối ưu hóa chất xúc tác điện làm giảm quá trình oxi hóa ,điện cực thứ hai xúc tác cho quá trình oxi hóa Nghiên cứu... của một số các chất điện phân khác nhau tương ứng với nhiệt độ Với ASR tối đa là 0,15V cm2, từ đó có thể dể dàng tính độ dày có thể của chất điện phân Để đảm bảo nội lực giữa các điện cực và chất điện phân nhỏ, điện trở riêng thường vào khoảng 0,15 Lớp điện phân vào khoảng 15 nanomet Tương ứng với độ dẫn của lớp điện phân vào khoảng 10-2 Từ đó cho thấy ở nhiệt vận hành của các chất điện phân khác nhau... loại bỏ sự cần thiết của việc hàn kín bình điện phân và có đường I-V chính xác.Nhưng cứu cần được chứng minh cẩn thận về điện cực xúc tác cho quá trình oxi hóa nhiên liệu. Nhiệt tỏa ra ở bề mặt chất phản ứng có thể tăng lên một cách đáng kể nhiệt độ của mẫu,vì thế dữ liệu báo cáo dựa theo số liệu I-V quanh 100oC cao hơn trạng thái chất oxi hóa trong nhiên liệu có thể làm giảm hiệu suất quá trình, công... liệu nóng, đi qua tấm ngăn và tiếp xúc với nhiên liệu ở nhiệt độ thấp hơn đang được đưa vào bên trong pin, đưa nhiệt độ của nguồn nhiên liệu này lên mức thích hợp để tạo ra phản ứng bên trong pin nhiên liệu Ngoài ra IT-SOFC thường được tích hợp hệ thống làm nguội Cấu trúc lớp điện phân là lớp vật liệu xốp thường xuyên được đót cháy ở nhiệt độ 1400c,niken được làm giảm một cách cẩn thận bởi nhiên liệu. .. dấu hiệu cho thấy vất liệu thích hợp thay thế catot tiềm năng ở 500oC (ví dụ 0.15V ở 1A cm -2).Vật liệu catot như Ni-CGO là vật liệu phù hợp ở 500oC với mô hình năng lượng syngas , cho ta thấy pin IT-SOFC ở 500 oC là có thể thực hiện được Điều chỉnh nhiệt độ trung gian thúc đẩy R&D thay thế vật liệu Ni—YS làm vật liệu anot.Một chiến lược phát triển vật dẫn điện oxit là quá trình õi hóa ổn định , để tránh... sử dụng vật liệu composite là chất điện phân là tổ hợp của CGO và muối nóng chảy.Nhưng quá trình ổ định hỗn hợp nhiên liệu và môi trường bình điện phân vấp phải những nghi ngờ và phải có những kiểm chứng độc lập Qúa trình nghiên cứu tiếp tục với vật liệu gốm ,chất Bar0.9Y0.1O2.95 làm ví dụ.tính dẫn proton xấp xỉ với tính dẫn ion oxygen của CGO ở 500 oC(10-2 Scm-1) Nhưng nhiên liệu rắn bình điện phân... hoạt nhiên liệu, khí thải thấp, chi phí thấp Nhược điểm: nhiệt độ vận hành cao, làm thời gian kéo dài hơn cũng như tương thích cơ hóa Phản ứng hoạt động đơn giản: Phản ứng trên anode: 2H2 + 2 O2- => 2 H2O + 4 ePhản ứng trên cathode: O2 + 4e- => 2O2Tổng quát: 2 H2 + O2 => 2 H2O + năng lượng (điện) Cơ chế: Mỗi pin nhiên liệu gồm có cathode và dương anode Phản ứng sinh ra điện năng xảy ra tại hai điện cực... Nb-Ti,lớp dẫn điện xen giữa duy trì sự tương tác giữa các chất cấu thành bình điện kéo dài cả thập kỉ.phương án phòng ngừa dựa theo số liệu R&D được báo cáo chính xác về pin ITSOFC kết hợp thành phần PEN :chiều dày lớp chất điện phân YS ,catot LSM-YS ,sự cản trở của lớp lưỡng cực Một bên của tấm thép là cửa thoát cho lượng nhiệt của phản ứng bên trong pin nhiên liệu, bên còn lại của tấm ngăn là nhiên liệu. .. tích âm sẽ chạy qua dây dẫn tạo ra dòng điện một chiều Oxygen đi vào cathode và, kết hợp với các electron từ dòng điện Chất điện phân đóng vai trò quyết định chủ chốt Nó phải chỉ cho phép những ion thích hợp đi qua giữa anode và cathode; vì nếu electron tự do hay các chất khác cũng có thể đi qua chất điện phân này, chúng sẽ làm hỏng các phản ứng hóa học PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN Ở NHIỆT ĐỘ CAO Bảng 4: trình ... hai điện cực vật liệu gốm.Một điện cực kết hợp tối ưu hóa chất xúc tác điện làm giảm trình oxi hóa ,điện cực thứ hai xúc tác cho trình oxi hóa Nghiên cứu loại bỏ cần thiết việc hàn kín bình điện. .. nhiên liệu Oxide rắn SOFC loại pin nhiên liệu, tạo điện trực tiếp từ oxi hóa nhiên liệu Chất điện phân thường oxit rắn vật liệu ceramic Ưu điểm: hiệu suất cao, ổn định lâu dài, linh hoạt nhiên liệu, ... điện xảy hai điện cực Giữa hai điện cực chất điện phân (Electrolyte), vận chuyển hạt điện tích từ cực sang cực khác, chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng Các phản ứng hóa học tạo dòng điện