Горивне ћелије са чврстим оксидом (СОФЦ) раде на температурама вишим од горивних ћелија растопљеног карбоната, са радном температуром у распону од 800 до 1000 степени. У овој врсти горивне ћелије, електромоторна сила потиче од различитих парцијалних притисака кисеоника на обе стране ћелије. Појединачна ћелија се састоји од две електроде (електрода за гориво као негативна електрода и оксидантна електрода као позитивна електрода) и електролита. Главне функције аноде и катоде су да проводе електроне и обезбеђују путеве дифузије за реакционе гасове и продуктне гасове.
Чврсти електролит одваја гасове са обе стране. Због различитих парцијалних притисака кисеоника на обе стране, генерише се градијент хемијског потенцијала кисеоника. Под утицајем овог градијента хемијског потенцијала, јони кисеоника који су добили електроне на катоди крећу се ка аноди кроз чврсти електролит. На аноди се ослобађају електрони, стварајући напонски потенцијал између два пола.
Ћелије са чврстим оксидом (СОФЦ) се рекламирају као трећа генерација горивих ћелија, са чврстим, непорозним металним оксидом као електролитом, кроз који се јони кисеоника крећу унутар кристала за транспорт јона. Технологија је сада достигла зрелу фазу. Међутим, због ограниченог броја материјала који могу да раде на високим температурама и њихове високе цене, долази до померања ка развоју горивних ћелија средње температуре.
Принцип
Када горивне ћелије са чврстим оксидом (СОФЦ) раде са реформираним гасом (мешавина водоника и ЦО) као горивом, унутар горивне ћелије долази до следеће реакције:
На катоди молекули кисеоника добијају електроне и редукују се на јоне кисеоника, тј.
O2+4e−→2O2−
Под утицајем разлике потенцијала и концентрацијске покретачке силе на обе стране електролитне мембране, јони кисеоника, кроз слободна места кисеоника у електролитској мембрани, пролазе усмерени прелаз на анодну страну и улазе у оксидационе реакције са горивом, тј.
H2+O2-→H2O+2e-
ЦО+О2-→ЦО2+2e-
Укупна реакција:
H2+ЦО+О2→ЦО2+H2O
састав
Да би несметано испунио функцију претварања електричне енергије, СОФЦ (Солид Окиде Фуел Целл) сноп треба да садржи следеће компоненте:
(1) Уређај за електрохемијску конверзију који се састоји од чврстог електролита и катоде и аноде. Међу електролитским материјалима, цирконијум стабилизован итријумом је најзрелије развијен.
(2) Реформатор горива. Овај уређај укључује катализатор, носач и контејнер. Он претвара гориво у мале гасовите молекуле, као што је метан, и позициониран је на предњем крају слоја ћелија да размењује топлоту која се ствара током рада горивне ћелије.
(3) канали за транспорт гаса и горива (или дистрибутери гаса). Метали се обично користе као материјали за водове како би се осигурала оптимална дифузија и транспорт реактаната.
(4) Струјни колектори, такође познати као електричне четке, обично направљени од метала или материјала са добром електронском проводљивошћу, неопходни су за ефикасну проводљивост.
(5) Сензори. Различити комерцијално доступни сензори могу се користити за праћење температуре, струје, типова једињења и излазног напона ћелије.
(6) Уређаји за контролу топлоте, као што су изолациони слојеви, хладњаци, измењивачи топлоте и вентилациони системи.
(7) Метално или стаклокерамичко кућиште. Користе се материјали који се могу користити на собној температури, као што је нерђајући челик 304. Материјали отпорни на високе температуре су потребни за унутрашњи контакт са СОФЦ-ом, чинећи комерцијалне металне легуре повољним за смањење трошкова производње.
Карактеристике
Горивне ћелије са чврстим оксидом (СОФЦ) су идеалан тип горивих ћелија, које не само да поседују високу ефикасност и еколошки прихватљиве предности других горивних ћелија, већ и имају следеће истакнуте карактеристике:
(1) СОФЦ имају потпуно чврсту структуру, елиминишући проблеме са корозијом и губитком електролита који су повезани са употребом течних електролита, нудећи потенцијал за дуготрајан рад.
(2) Радећи на температурама између 800 и 1000 степени, СОФЦ не само да елиминишу потребу за катализаторима племенитих метала, већ такође могу директно да користе природни гас, сингас и угљоводонике као гориво, поједностављујући систем горивих ћелија.
(3) СОФЦ ослобађају високотемпературну отпадну топлоту, која се може користити у комбинованим циклусима са гасним или парним турбинама, значајно побољшавајући укупну ефикасност производње енергије.
