Всеобъемлющее руководство по топливным элементам из твердого оксида (SOFC): : категория: : категория: принципы, материалы и применение

Введение в SOFC

Определение и ключевые особенности

Топливные элементы, работающие на твердых оксидах (ТСС), представляют собой усовершенствованный тип топливных элементов, которые вырабатывают электроэнергию посредством электрохимической реакции, а не сжигания- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да- да. В отличие от традиционных методов производства электроэнергии, мягкие системы обеспечивают более высокую эффективность при снижении выбросов.

Диваны отличаются от других топливных элементов своей способностью работать на нихВысокие температуры (от 700°C до 1000°C), что повышает скорость реакции и устраняет необходимость в дорогостоящих катализаторах драгоценных металлов. Это делает их экономически эффективной альтернативой долгосрочным решениям в области производства электроэнергии.

Основные преимущества SOFCs:

1. Универсальность топлива- сокс могут работать на различных видах топлива, включая водород, природный газ, сингаз, биогаз и другие углеводороды, что позволяет им адаптироваться к различным региональным энергетическим инфраструктурам.

2. Высокая эффективность- они могут достичь уровня эффективности50%-60%В автономном режиме, и до85% в комбинированной тепловой и электрической энергии (тэц).

3. Минимальное воздействие на окружающую среду- при работе на водороде SOFCs выделяет только водяной пар в качестве побочного продукта, что делает их чистым энергетическим раствором. Даже при использовании углеводородного топлива они производят значительно меньше выбросов углерода, чем традиционные системы, основанные на сжигании.

4. Длительный срок эксплуатации- с меньшим количеством подвижных частей и твердотельных конструкций, мягкие диваны имеют ожидаемый срок службы более40 000 часов, делая их более долговечными, чем другие топливные элементы.

5. 3. Масштабируемость- мягкие диски подходят для различных областей примененияНебольшие жилые блоки для крупных промышленных электростанций.

Как работают диваны: электрохимический процесс

Мягкие диваны используют твердый керамический электролит для облегчения перемещенияИоны кислорода (O²⁻) от катоды до анода- да. Основным рабочим механизмом является следующий:

1. Молекулы кислорода из воздуха попадают в катодИ сводятся к ионам кислорода (O²⁻).

2. Эти ионы кислорода проходят черезЭлектролит с твердым оксидомВ сторону анода.

3. На аноде,Топливо (водород или углеводороды) реагирует на ионы кислорода, производит электричество, тепло и воду.

4. Электроны проходят через внешнюю цепь, генерируяПолезная электрическая мощность.

Этот процесс, по сути, является обратной стороны электролиза воды, делая мягкие диваны подходят для обоихПроизводство электроэнергии и водорода(при работе в обратном направлении в качестве СОС).

Структурные компоненты SOFC и их роли

Каждый SOFC состоит из aЕдиный блок топливных элементов (также известный как единый элемент), который включает ключевые компоненты, определяющие его эффективность, долговечность и рабочие характеристики. Эти компоненты предназначены для содействия эффективному окислению топлива при сохранении высокой эксплуатационной устойчивости.

1. Аноды (место окисления топлива)

• Анод несет ответственность за этоОкисление топливаРеагируя на него кислородными ионами.

• Он должен обладатьВысокая электронная и ионная проводимостьЧтобы обеспечить плавную передачу электронов.

• Анод должен сопротивлятьсяНакопление углерода и отравление серой, особенно при использовании углеводородного топлива.

• Общие анодные материалы:

• Никель/никель /Стабилизированная иттрия циркония(Ni/YSZ):Наиболее широко используемый анодный материал.

• Материалы на основе perovskit (La₀.₇Sr₀.₃CrO₃):Более устойчив к осаждению серы и углерода.

2. Катод (место снижения содержания кислорода)

• Катодная болезнь позволяетМолекулы кислорода для получения электронов и формирования ионов кислорода.

• Он должен был...Высокая активность кислородного обмена поверхностиДля кинетики быстрой реакции.

• Общие катодные материалы:

• Lanthanum Strontium кобальт феррит (LSCF)- известный высоким обменом кислорода.

• Катоды на основе перовскита- повышение электрохимической производительности.

3. Электролит (ионопроводящая среда)

• Электролит играет главную рольПеренести ионы кислорода из катоды в анодПри предотвращении утечки электронов.

• Это должно бытьХимически устойчив при высоких температурахИ с тех порНизкая электрическая проводимостьДля обеспечения эффективного ионного потока.

• Общие электролитические материалы:

• Зиркония стабилизированная в иттри (YSZ):Наиболее часто используемый электролит, эффективно работает выше10 ч. 00 м. -.

• Гадолиний-допированная церия (ГДК):Перспективный материал для более низких температур (600°C - 800°C).

4. Соединения и герметики

• 3. ВзаимосвязиСоедините несколько софтовых ячеек, чтобы сформировать aВ корзину, что увеличивает мощность.

• 3. ГерметикиОбеспечение того, чтобыГазонепроницаемый режим работыИ предотвратить снижение производительности.

Типы архитектур SOFC

Различные конструкции SOFC имеют различные преимущества в зависимости от потребностей применения.

1. Трубные диваны

• Особенности в наличииЦилиндрическая, похожая на трубы структура.

• Преимущества:

• Более высокая механическая устойчивость.

• Проще герметизировать газ.

• Длительный срок службы.

• Недостатки:

• Дорогое в производстве.

• Более низкая плотность энергии, чем планарные диваны.

2. Планарные диваны (Planar SOFCs)

• А. виды примененияПлоские керамические плиты, сложенные вместеМаксимальная плотность энергии.

• Преимущества:

• Высокая эффективность и мощность.

• Упрощенная масштабируемость для промышленного применения.

• Недостатки:

• Трудно поддерживать газонепроницаемую герметичность.

• Подвержен проблемам теплового цикла.

3. Плоскотрубные мягкие диваны

• Гибрид трубчатых и планарных диафрагмов.

• Преимущества:

• Повышение механической долговечности.

• Умеренная плотность энергии.

• Недостатки:

• Более сложный производственный процесс.

SOFC приложения: производство электроэнергии и За пределами региона

Мягкие меры революционизируют энергетические сектора, обеспечивая ихВысокоэффективные решения для производства электроэнергии с низким уровнем выбросовВ разных отраслях.

1. Распределенная выработка электроэнергии

Все чаще используются мягкие диваныПроизводство электроэнергии на местахВ связи с ихВысокая эффективность и низкий уровень выбросов.

• Основные преимущества:

• Устраняет потери при передаче энергии.

• Снижение зависимости от централизованных энергосетей.

• Позволяет применять комбинированную тепловую и энергетическую энергию (тэц).

• Примеры из реальной жизни:

• Серверы Bloom Energy- используется вGoogle, Apple и eBayдляРезервное питание центра хранения и обработки данных.

• Проект компании Chaozhou Sanhuan мощностью 100 КВТ- демонстрация коммерческой жизнеспособности в китае.

2. Транспорт: мягкие диваны в транспортных средствах и судах

Технология SOFC интегрируется в системуЭлектромобили (Эм) и морские приложенияСокращение выбросов углерода.

• Транспортные средства с мягким приводом:

• Автомобили на основе этанолаРазработанные в японииПробег 600 км.

• SOFC для морских применений:

• Samsung Heavy IndustriesВключает мягкие диваны в судовые двигатели для морских перевозок с низким уровнем выбросов.

3. Крупные электростанции

• Системы газификации угля + SOFC (IGFC)Изучаются возможности повышения эффективности при улавливании выбросов со.

• Система SOFC Mitsubishi Hitachi 1MW- крупномасштабный проект SOFC, демонстрирующий высокую энергоэффективность.

4. Производство водорода посредством электролиза твердого оксида (SOECs)

• Технология SOEC позволяет эффективно производить водородВ какой-то момент85 -95% коэффициент преобразования.

• Используется для хранения возобновляемых источников энергииЧтобы уравновесить колебания спроса и предложения.

Проблемы и будущие инновации

Несмотря на свои многочисленные преимущества, технология SOFC сталкивается с рядом препятствий, которые необходимо преодолеть для достижения широкого внедрения.

1. Iv. Технические проблемы

• Высокотемпературный режим работы усложняет выбор материала и долговечность.

• Проблемы теплового цикла могут со временем привести к деградации материала.

• Герметизация высокотемпературных мягких средств остается серьезной проблемой.

2. Стратегии сокращения расходов

• Разработка недорогостоящих высокоэффективных материалов.

• Расширение производства для снижения затрат.

• Оптимизация производственных технологий для повышения эффективности.

Коммерциализация и рыночные тенденции

По мере изменения спроса на энергиюБолее чистые и эффективные технологииВ различных отраслях наблюдается значительный прогресс в развитии мягких форм кредитования. Ведущие энергетические компании и стартапы инвестируют в исследования и коммерциализацию, чтобы сделать технологию SOFC более жизнеспособной для крупномасштабных применений.

1. Ключевые игроки в индустрии SOFC

Несколько компаний по всему миру работают над развитием SOFC:

• Блум энерджи (США)

• Специализируется в областиПромышленное и промышленное производство электроэнергии на основе дивана.

• К настоящему времениМощностью 350 МВТДля таких компаний, как Google, Apple и Walmart.

• Mitsubishi Heavy Industries (Япония)

• В центре вниманияЭлектростанции с мягким интегрированным IGFC (интегрированная газификация топливных элементов).

• Успешно разработанная система a1 МВТ мягкой системыДля широкого применения.

• Бош (Германия)

• Разработки и разработкиСистемы комбинированной тепловой и электрической энергии (тэц) мощностью 10 КВТДля малого бизнеса.

• Крупные инвестиции в развитиеКомпания Ceres PowerКомпания SOFC technology из великобритании.

• Киокера (Япония)

• Специализируется в областиЖилые мягкие диваны(700W единиц) с aСрок службы более 12 лет.

• Вайчай пауэр (Китай)

• Разработка a /Система SOFC с поддержкой металла мощностью 120 КВТС рекордной эффективностью92.55% в режиме тэц.

Эти компании стимулируют инновации, совершенствуя свою деятельностьМягкая прочность, эффективность и масштабируемость, обеспечение большей доступности технологии для более широкого применения.

2. Государственная поддержка и политика

Несколько стран поддерживают исследования и коммерциализацию мягких форм торговли с помощью политики и субсидий:

• Соединенные Штаты америки:Министерство энергетики (мэ) финансирует исследования ЦДК в рамках этой программыГосударственный альянс по конверсии твердой энергии (сека)- программа.

• Япония:В настоящее времяИнициатива "ENE-FARM"Содействует созданию бытовых смягчающих устройств для повышения энергоэффективности домашних хозяйств.

• Германия:Обеспечивает стимулы для систем тэц на базе мягкой технологии в целях повышения энергоэффективности в промышленности.

• Китай:Правительство уже определилоДиваны как ключевая технологияВ его рамкахПлан разработки водорода и топливных элементов.

3. Снижение затрат и масштабируемость

Несмотря на недавние достижения, коммерциализация мягких форм все еще сталкивается с проблемами, связанными с этимВысокие производственные издержкииДеградация материалов- со временем. Исследователи и инженеры уделяют основное внимание:

• Разработка новых, экономически эффективных материаловДля замены дорогостоящей керамики.

• Улучшение конструкции стека SOFCПовышение плотности и долговечности энергии.

• Расширение масштабов производстваСнижение издержек за счет эффекта масштаба.

SOFC в водородной экономике и хранения возобновляемых источников энергии

1. SOEC (электролизные элементы твердого оксида) для производства зеленого водорода

SOECs — это расширение технологии SOFC, работающее в компанииОбратный режим работыВ целях производстваВодород из водыИспользование возобновляемых источников энергии. Этот подход является ключом к решениюПерерывы в использовании возобновляемых источников энергии- какие-то проблемы.

• Как работает SOEC:

• Использует высокие температуры (700°C - 900°C) для разделения молекул водыВодород (H) и кислород (O₂).

• Цели и задачиБолее высокая эффективность (85%-95%)По сравнению с традиционнымиЩелочный или пем электролиз (70%).

• Применение SOEC водорода:

• Водород может бытьХранятся и преобразованы обратно в электричествоВ случае необходимости.

• Используется в качествеИсходное сырье для производства аммиака или метанолаВ химической промышленности.

• - может быть.Заменить ископаемые виды топлива в черной металлургииИ других энергоемких отраслей.

• Тенденции в области принятия SOEC:

• В европеВкладывает значительные средства вВодородная инфраструктураС германией во главеВодородная долина (водородная долина)- "инишиэйтив".

• Китай (Китай)В настоящее времяВодородные заправочные станции, работающие на soecДля транспортных средств, работающих на топливных элементах.

• 10. ЯпонияИнтегрирует SOEC с itsСтратегия водородной экономики, поддержка хранения возобновляемых источников энергии.

Проблемы, препятствующие коммерциализации мягких форм торговли

Несмотря на свой огромный потенциал, технология SOFC по-прежнему сталкивается со значительными техническими и коммерческими проблемами, которые необходимо решать для достижения этой целиШирокое распространение среди населения.

1. Высокие рабочие температуры и деградация материала

• Диваны работают между700 и 1000, для которых требуетсяТермостойкие материалыЭто не ухудшается с течением времени.

• Причины теплового циклаМеханическая нагрузка, что приводит к сбоям материала в повторяющихся циклах нагрева и охлаждения.

Возможные решения:

• Развивающихся стран мираМягкие диски средней температуры (IT-SOFCs)Которые действуют на500 грац. - 700 грацИспользование программного обеспеченияЭлектролит на основе церия.

• Повышение эффективности управленияСтабильность катализатораДля предотвращения разложения электродов.

2. Высокие производственные и материальные затраты

• Системы SOFC требуютКерамические материалы высокой чистоты, увеличение производственных затрат.

• Производство стеков остаетсяНа территории комплекса, ограничение масштабируемости массового производства.

Стратегии сокращения расходов:

• Исследования в областиБолее дешевые, высокопроизводительные электродные материалыТакие, как:«Перовский путь».

• Использование программного обеспеченияМягкие диски с металлической поддержкойВместо тех, что с керамической поддержкой.

• 3. ОптимизацияАвтоматизированное производствоСнижение затрат на рабочую силу.

3. Время запуска и гибкость загрузки

• В отличие от пем топливных элементов, мягкие диски берутОт нескольких минут до часовДля достижения рабочей температуры.

• Они не идеальны для этогоБыстрое изменение нагрузки, ограничение их использования в мобильных приложениях.

Возможные улучшения:

• Развивающихся стран мираГибридные системы SOFCС литий-ионными батареями для балансировки пиковой нагрузки.

• Продвижение по службеДизайн microsofcДля более быстрого старта.

4. Долговременная долговечность и обслуживание системы

• Срок службы SOFC варьируется от20 000-40 000 часов, но деградация со временем влияет на производительность.

• Отравление серой и накопление углеродаУдарная эффективность электрода.

Дополнительные возможности:

• Представление проекта резолюцииЗащитные покрытияДля увеличения срока службы клеток.

• Развивающихся стран мираСамоочищающиеся анодыДля противодействия накоплению серы и углерода.

Будущее технологии SOFC

1. Дополнительные материалы для новых софтов

• Наноинженеры-катализаторыМожет улучшить скорость реакции при снижении затрат.

• Поддерживаемые металлом диваны (MS-SOFCs)Обеспечить лучшую механическую устойчивость и теплостойкость к циклическому изменению климата.

• Гибридные системы SOFC-PEMМожет обеспечить более гибкую мощность.

2. Выход на новые рынки

• Аэрокосмическая промышленность:Наса изучает диваны для этогоДолгосрочные космические полетыИ лунные базы.

• Военное применение:Мягкие диваны обеспечиваютБесшумная портативная мощностьДля военных баз.

• Электрификация сельских районов:С мягким приводомМикросети (микросети)Может привести к отключению электричества.

3. Интеграция с AI и IoT

• Базирующаяся в аиПрогнозирование технического обслуживанияМожет повысить эффективность SOFC путем анализа данных производительности в реальном времени.

• IoT датчики могутОптимизация распределения топлива и рекуперации теплаДля максимальной эффективности.

Iii. Выводы и рекомендации

Появляются твёрдые окисляющие топливные элементы (ТСС)Одна из ключевых технологий глобального энергетического переходаВ Том числе:Высокая эффективность, топливная гибкость и устойчивость- да. Их применение варьируется отРаспределение электроэнергии и промышленных энергетических систем для производства и транспортировки водорода.

Тем не менее,В. технические барьерыТакие, как:Высокие рабочие температуры, затраты на материалы и время запускаВсе еще препятствуют широкому распространению. Инновации в областиМатериалы, гибридные системы и автоматизацияБудет иметь решающее значение для включения диванаОсновные энергетические рынки.

По мере того как правительства и корпорации ускоряют инвестицииТехнология использования водорода и топливных элементовДиваны, скорее всего, будут играть аB. ключевая рольВ деле достижения целейБудущее без выбросов углерода.

Часто задаваемые вопросы

1. В чем заключается основное преимущество мягких элементов по сравнению с другими топливными элементами?

Мягкие диски имеютБолее высокая эффективность (50%-60%)И может использовать несколько видов топлива, в Том числеВодород, природный газ и биогаз, в отличие от топливных элементов пем, которые требуют чистого водорода.

2. Каковы основные задачи сосс?

Основные задачи включают:Высокие рабочие температуры, медленное время запуска и дорогие материалы- да. В настоящее время проводятся исследования для решения этих проблем.

3. Могут ли мягкие системы работать на ископаемом топливе?

Да, можно использовать диваныПриродный газ и сингазНо водород предпочтительнее для сокращения выбросов углерода.

4. Каков срок службы системы SOFC?

Большинство диванов находятся между ними20 000 и 40 000 часовС некоторыми усовершенствованными дизайнами60 000 часов.

5. Какие отрасли инвестируют в технологию SOFC?

К числу основных отраслей, осуществляющих инвестиции в мягкие меры регулирования, относятсяДата-центры, промышленное производство, судоходство, авиация и производство водорода.

Скачать каталог продукции

Для получения дополнительных советов и знаний оКерамические глазурованные плитки Шлифовальные шары, песочные мельницыСвяжитесь с нашим отделом продаж:

Чарлз шоу. Привет.  

Менеджер по продажам |Sanxin новые материалы
* мобильный телефон:+86 19070858212(WhatsApp)
Электронная почтаАдрес :sales@beadszirconia.com

Веб-сайт:https://www.beadszirconia.com

Аньуанский индустриальный парк, город пинсян, Провинция цзянси, Китай