SOFC 연료 전지 단일 셀 구조 및 주요 설계 요구 사항 분석

SOFC3 세대 연료 전지에 속합니다. 연료 및 산화제에 저장된 화학 에너지를 고온에서 효율적이고 환경 친화적 인 방식으로 전기 에너지로 직접 변환하는 새로운 유형의 발전 장치입니다. 일반적으로 미래에 널리 사용될 깨끗한 연료 전지로 여겨집니다.

01 SOFC 설계에 대한 일반적인 요구 사항

그림 1에서 볼 수 있듯이SOFC단일 셀 구성 또는 스택 구성에 관계없이 장기 성능 목표를 달성하기 위해 필요한 전기 화학적 성능과 충분한 기계적 안정성을 제공해야합니다.

그림 1. (a) SOFC 단일 셀 (B) 3 개의 단일 셀로 구성된 SOFC 스택

따라서 특정 선택SOFC디자인은 다음 주요 요구 사항을 충족해야합니다.

최소 편광 손실 : 셀/스택의 설계는 편광 손실, 가스 누출, 단락 및 가스 교차 누출을 최소화해야합니다. 편광 손실은 일반적으로 SOFC 전압이 크게 감소합니다.

최소 옴 손실 :SOFC스택의 옴 손실을 최소화하기 위해 구성 요소가 가능한 한 얇아야합니다.

균일 온도 및 가스 분포 : SOFC 작동 중에SOFC설계는 셀/스택을 가로 질러 균일 한 온도 분포, 적절한 냉각 및 균일 한 연료 및 산화제 분포를 보장해야합니다. 균일 한 가스 분포는 질량 전달 제한을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

우수한 전기 화학 접촉 : SOFC 구성 요소의 접촉 표면적을 보장해야합니다. 또한 필요한 전류는 전류 수집기에 의해 규제되어야합니다.

좋은 기계적/구조적 안정성 :의 기계적 강도SOFC셀/스택은 작동 중에 열 응력 또는 가스 압력을 유지하기에 충분해야합니다. 기본적으로 SOFC 스택은 콜드 스타트, 과도 전력 변화, 설치 및 진동 하중 조건에 대한 저항력이 높아야합니다.

02 SOFC단일 세포 구조

SOFC 구성 요소는 매우 강하므로 단일 셀의 설계는 일반적으로 유연합니다. 단일 셀을 함께 쌓아 특정 파라미터로 스택을 형성합니다. SOFC는 작동 온도 (즉, 고온, 중간 온도 및 저온)에 따라 분류 될 수있을뿐만 아니라 세포 지지대 유형 (자체 지원 : 양극, 음극 및 전해질 지지대 및 외부지지 : 커넥터 또는 다공성 기판지지)에 따라 분류 될 수 있습니다.

자체 지원 구성에서, 셀의 구조적지지 기능은 일반적으로 셀 어셈블리의 가장 두꺼운 층에 의해 제공된다. 자체 지원 시스템은 양극 지원, 음극 지원 및 전해질 지원 셀 구성 일 수 있습니다. 외부 지원 구성은 다공성 기판을 사용하거나 얇은 층을 연결하여 셀을지지 할 수 있습니다. 다른 유형의 단일 셀 구성이도 2에 나와 있으며, 장점과 단점이 표 1에 도시되어있다.