Katı Oksit Yakıt Hücreleri (SOFC'ler), erimiş karbonat yakıt hücrelerinden daha yüksek sıcaklıklarda çalışır ve çalışma sıcaklığı 800 ila 1000 derece arasında değişir. Bu tip yakıt hücresinde elektromotor kuvvet, hücrenin her iki tarafındaki farklı oksijen kısmi basınçlarından kaynaklanır. Bireysel hücre iki elektrottan (negatif elektrot olarak yakıt elektrotu ve pozitif elektrot olarak oksidan elektrot) ve bir elektrolitten oluşur. Anot ve katodun ana işlevleri elektronları iletmek ve reaksiyon gazları ve ürün gazları için difüzyon yolları sağlamaktır.
Katı elektrolit her iki taraftaki gazları ayırır. Her iki taraftaki farklı oksijen kısmi basınçları nedeniyle, oksijenin kimyasal potansiyel gradyanı oluşturulur. Bu kimyasal potansiyel gradyanının etkisi altında katotta elektron kazanan oksijen iyonları katı elektrolit üzerinden anoda doğru hareket eder. Anotta elektronlar serbest bırakılarak iki kutup arasında bir voltaj potansiyeli oluşturulur.
Katı Oksit Yakıt Pilleri (SOFC'ler), elektrolit olarak katı, gözeneksiz bir metal oksit içeren ve içinden oksijen iyonlarının iyonları taşımak için kristal içinde hareket ettiği üçüncü nesil yakıt hücreleri olarak lanse edilir. Teknoloji artık olgun bir aşamaya ulaştı. Ancak yüksek sıcaklıklarda çalışabilen malzemelerin sayısının sınırlı olması ve maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle, orta sıcaklıktaki yakıt hücrelerinin geliştirilmesine doğru bir yönelim söz konusudur.
Prensip
Katı Oksit Yakıt Hücreleri (SOFC'ler), yakıt olarak yeniden biçimlendirme gazı (hidrojen ve CO karışımı) ile çalıştığında, yakıt hücresinde aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:
Katotta oksijen molekülleri elektron kazanır ve oksijen iyonlarına indirgenir;
O2+4e−→2O2−
Elektrolit membranın her iki tarafındaki potansiyel fark ve konsantrasyon itici kuvvetinin etkisi altında, oksijen iyonları, elektrolit membrandaki oksijen boşlukları yoluyla anot tarafına yönlendirilmiş geçişe tabi tutulur ve yakıtla oksidasyon reaksiyonlarına girer;
H2+O2-→H2O+2e-
CO+O2-→CO2+2e-
Genel Tepki:
H2+CO+O2→CO2+H2O
kompozisyon
Elektrik enerjisini dönüştürme işlevini sorunsuz bir şekilde yerine getirmek için bir SOFC (Katı Oksit Yakıt Pili) yığını aşağıdaki bileşenleri içermelidir:
(1) Katı bir elektrolit ve hem katot hem de anottan oluşan bir elektrokimyasal dönüşüm cihazı. Elektrolit malzemeler arasında itriya ile stabilize edilmiş zirkonya en olgun şekilde geliştirilmiş olanıdır.
(2) Bir yakıt reformcusu. Bu cihaz bir katalizör, bir taşıyıcı ve bir kap içerir. Yakıtı metan gibi küçük gaz moleküllerine dönüştürür ve yakıt hücresinin çalışması sırasında üretilen ısıyı değiştirmek için hücre yığınının ön ucuna yerleştirilir.
(3) Gaz ve yakıt taşıma kanalları (veya gaz dağıtıcıları). Metaller, reaktanların optimal difüzyonunu ve taşınmasını sağlamak için yaygın olarak kanal malzemeleri olarak kullanılır.
(4) Tipik olarak metallerden veya iyi elektronik iletkenliğe sahip malzemelerden yapılmış, elektrikli fırçalar olarak da bilinen akım toplayıcılar, verimli iletim için gereklidir.
(5) Sensörler. Hücrenin sıcaklığını, akımını, bileşik türlerini ve çıkış voltajını izlemek için piyasada satılan çeşitli sensörler kullanılabilir.
(6) Yalıtım katmanları, soğutucular, ısı eşanjörleri ve havalandırma sistemleri gibi termal kontrol cihazları.
(7) Metal veya cam seramik gövde. Paslanmaz çelik 304 gibi oda sıcaklığında kullanılabilen malzemeler kullanılır. SOFC ile dahili temas için yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler gereklidir, bu da ticari metal alaşımlarını üretim maliyetlerini azaltma açısından avantajlı hale getirir.
Özellikler
Katı Oksit Yakıt Hücreleri (SOFC'ler), diğer yakıt hücrelerinin yüksek verimliliği ve çevre dostu avantajlarının yanı sıra aşağıdaki öne çıkan özellikleri de taşıyan ideal bir yakıt hücresi türüdür:
(1) SOFC'ler, sıvı elektrolitlerin kullanımıyla ilişkili korozyon sorunlarını ve elektrolit kaybı sorunlarını ortadan kaldıran ve uzun süreli çalışma potansiyeli sunan tamamen katı bir yapıya sahiptir.
(2) 800 ila 1000 derece arasındaki sıcaklıklarda çalışan SOFC'ler, yalnızca değerli metal katalizörlere olan ihtiyacı ortadan kaldırmakla kalmaz, aynı zamanda yakıt hücresi sistemini basitleştirerek doğal gazı, sentez gazını ve hidrokarbonları doğrudan yakıt olarak kullanabilir.
(3) SOFC'ler, gaz türbinleri veya buhar türbinleri ile kombine çevrimlerde kullanılabilen yüksek sıcaklıktaki atık ısıyı serbest bırakır ve genel enerji üretim verimliliğini önemli ölçüde artırır.
