고체 산화물 연료 전지 (SOFC)의 원리, 유형 및 특성

I. SOFC의 원칙

고체 산화물 연료 전지 (SOFC)탄화수소 연료의 화학 에너지를 전기 화학 반응을 통해 전기 에너지 및 열 에너지로 직접 변환하는 고급 에너지 기술입니다. 그들은 넓은 연료 공급원, 고 발전 효율, 고출력 품질, 조용한 작동, 저 배출량 및 모듈 식 설치의 장점이 있습니다.

그만큼SOFC 시스템스택 및 주변 BOP 보조 장치로 나눌 수 있습니다. 스택은 연료 전지의 핵심이며 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 장치입니다. 스택 주변의 주변 보조 장치에는 공기 공급 예열 장치, 연료 공급 장치 (개혁) 장치, 테일 가스 회수 장치, 전기 관리 장치 및 제어 장치가 포함됩니다.

작동 원리SOFC전기 화학 공정을 기반으로하며 일반적으로 650 ~ 950 °의 고온에서 작동합니다. SOFC는 고체 산화물 세라믹 (일반적으로 지르코늄 산화물)을 전해질로 사용하여 ONRON 이온을 전달할뿐만 아니라 별도의 공기 및 연료를 전달합니다.

연료 (일반적으로 탄화수소로부터 수소)은 양극을 통해 전해질 계면으로 확산되는 반면, 공기는 ​​캐소드 표면을 통해 산소를 흡수하고 캐소드 자체의 촉매 작용에 의해 O² ⁻ 이온으로 변환된다. 전해질에 들어간 후에는 양극으로 확산되어 연료와 반응합니다. 잃어버린 전자는 외부 회로를 통해 음극으로 돌아와서 전기를 생성합니다.

SOFC 회로도

II. 유형SOFC

다른 디자인 형태의 단위 구성 요소에 따르면SOFC주로 두 가지 구조로 나뉩니다 : 관형과 평평. 관형 설계는 우수한 밀봉 성능을 가지며 장기 안정적인 작동의 특성을 가지고 있습니다. 평평한 디자인은 짧은 전류 경로로 인해 전력 밀도가 높습니다.

1. 관문 구조

관형 구조SOFC가장 오래되고 더 성숙한 형태입니다. 발전 장치는 한쪽 끝이 닫히고 다른 쪽 끝은 열린 튜브로 구성되며, 이는 다공성 지지대, 양극, 전해질 및 캐소드 필름으로 구성되어 내부에서 외부로 구성됩니다.

이 구조 설계에서, 연료는 튜브 코어로부터 입력되고 공기는 튜브의 외벽을 통해 공기를 공급한다. 배터리 스택에는 자유 수준이 크며 갈라지기가 쉽지 않습니다. 다공성 세라믹은 지지체로 사용되며 구조는 강합니다. 밀봉 성능이 우수하고 장기 작동 안정성이 있습니다.

배터리 어셈블리도 비교적 간단하며 배터리 셀을 병렬 및 직렬로 연결하여 고출력 배터리 팩을 쉽게 결합 할 수 있습니다. 그러나 전극 사이의 간격은 크고 배터리를 통과하는 전류 경로는 길고 내부 저항 손실이 크기 때문에 해당 전력 밀도가 낮습니다.

관형 SOFC 발전 장치 및 시스템 통합 다이어그램

2. 평판 구조

플랫 플레이트 구조 SOFC는 간단한 기하학적 형상과 낮은 제조 비용을 가지고 있습니다. 그것은 양극으로 구성된 단일 셀로 구성됩니다.전해질및 음극 필름. 양쪽에 홈이있는 커넥터는 인접한 캐소드와 양극을 연결하고 양쪽에 가스 채널을 제공하여 동시에 두 가스를 분리합니다.

배터리 어셈블리는 산소와 연료 가스를 분리하기 위해 가장자리에서 고온 저항성 밀봉을 필요로하며, 전극 재료와 열적으로 일치하고 고온 산화 저항성 및 전도성을 갖는 바이폴라 연결 플레이트 재료에 대한 높은 요구 사항이 있습니다.

플랫 플레이트 SOFC 발전 장치 및 시스템 통합 다이어그램

III. SOFC의 특성

1. 고효율

SOFC는 전기 화학적 수단을 통해 연료 화학 에너지를 전환하여 전통적인 연소 작업의 에너지 손실을 피하며 발전 효율은 50%~ 60%로 높으며 규모에 따라 제한되지 않으며 소규모 분산 발전도 높은 효율을 유지할 수 있습니다.

2. 풍부한 연료 공급원

SOFC의 높은 작동 온도로 인해 천연 가스, 바이오 가스, 에탄올, 메탄올 등을 포함한 다양한 연료를 사용할 수 있으며 연료 공급원은 유연하고 다양합니다.

3. 조용한 운영

BOP 보조 시스템 외에도 SOFC 발전 공정에는 고전력 회전 장비가 없으며 조용히 조용히 이루어 지므로 거실 및 작업 영역에 설치에 적합합니다.

4. 고체 전해질 스택

고체 산화물을 전해질로 사용하면 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 긴 작동 수명, 간단한 시스템 구조 및 낮은 대규모 생산 비용이 필요하지 않습니다.

5. 저 배출

전기 화학 반응 동안 오염 물질 방출은 거의 없으며, 발전 효율이 높기 때문에 동일한 발전에 연료가 적어 CO2 배출이 줄어 듭니다.

6. 모듈 식 구조

SOFC는 설치가 유연하고 작은 지역을 점유하며 건설 기간이 짧으며 홍보 및 적용이 쉽습니다.