고체 산화물 연료 전지의 기본 조성 (SOFC)

단일의 주요 구성 요소연료 전지 도 1에 도시 된 바와 같이 전해질, 양극, 음극 및 상호 연결 또는 바이폴라 분리기이다.

그림 1의 주요 구성 요소SOFC

연료 전지를 구성하는 다양한 성분 재료는 화학적 안정성, 결정 안정성 및 외부 치수의 안정성을 포함하여 산화 및 (또는) 대기 감소에 우수한 안정성을 가져야합니다. 서로 화학적 호환성; 적절한 전기 전도도 및 유사한 열 팽창 계수. 동시에, 전해질 및 상호 연결은 연료 가스 및 산소의 침투 및 혼합을 방지하기 위해 완전히 밀도가 있어야한다; 반응 부위에 가스 침투를 용이하게하기 위해 양극과 음극은 다공성이어야한다. 연료 전지의 다양한 성분의 특정 요구 사항은 표 1에 나와 있습니다.

나.전해질재료

전해질SOFC배터리의 핵심이며, 일반적으로 산화물 세라믹, 즉 소결 솔리드 용액 전해질 - 완전히 안정화 된 ZRO2로 만들어집니다. 전해질의 성능은 배터리의 작동 온도와 성능을 직접 결정합니다. 1000 ℃에서 순수한 ZRO2의 저항성은 107 Ω/cm이며, 이는 절연 재료의 것과 가깝다. 현재 Zro2 기반 고체 전해질은 널리 사용됩니다.SOFC, Zr^(4+)의 위치를 ​​저평가 금속 이온으로 대체하기 위해 특정 12 개 또는 3 개의 산화 산화물을 사용하여 ZRO2를 사용하십시오. 결과적으로, ZRO2 (플루오 라이트 구조)는 실온에서 고온 (1000 ℃)까지의 안정적인 위상 구조를 가지며, 전하 보상으로 인해 더 많은 O^(2-) 공석이 생성되어 ZRO2의 이온 전도도가 10^(-2) S/CM을 증가시킨다. 이 안정화 된 ZRO2에서, O^(2-) 공석은 매체로 사용됩니다. 즉, 공석 메커니즘은 O^(2-) 전도도를 나타내는 데 사용됩니다. 현재, 전해질로 사용되는 가장 일반적인 재료는 Y2O3 안정화 ZRO2 (YSZ로 약칭)입니다. 산소 부분 압력이 10 배 이상 변할 때 이온 전도도가 크게 변하지 않습니다. 현재, 적절한 공연으로 YSZ 필름을 준비하는 방법은 사람들의 연구에서 핫스팟과 어려움입니다.

II. 양극 재료

전극 재료SOFC우선 촉매입니다. 양극 재료는 높은 전자 전도성, 대기 감소의 안정성 및 우수한 공기 투과성을 필요로합니다. 따라서 백금은 일반적으로 사용되지만 백금은 비싸다. 니켈 및 코발트와 같은 금속 재료를 사용하면 열 팽창 불일치 및 접착 문제가 발생하며 장기 고온 작동도 다공성을 줄입니다. 현재의 연구 방향은 금속 도자기를 양극 재료로 사용하는 것이며, 더 이상적인 것은 Ni 복합 YSZ입니다. 주요 작업은 합리적인 프로세스를 연구하고 적절한 성능을 갖춘 NI-Eysz 복합 재료를 준비하는 것입니다.

III. 음극 재료

SOFC의 음극은 양극과 유사하며 다공성 전자 전도성 필름이어야합니다. 배터리의 음극은 고온 산화 대기에서 작동하고 전자를 전달하고 산소를 전달하는 역할을하기 때문에, 음극 재료에 대한 요구 사항은 비교적 엄격합니다. 캐소드 재료는 높은 전기 전도도, 고온 산화 저항 및 고온 열 안정성을 가져야하며 전해질과 화학적으로 반응해서는 안됩니다. 전통적인 재료는 금속 백금이며, 최근의 발달은 도핑 된 산화물 세라믹 -LAMNO3입니다. SOFC의 캐소드 재료로서, 다수의 실험은 LA1-XSR XMNO3이 바람직한 캐소드 물질임을 입증 하였다.

IV. 커넥터 재료

전해질 및 전극 재료는 함께 3 인형 단일 배터리 장치를 형성합니다. 단일 배터리의 전력은 제한되어 있으며 약 1V의 전압 만 생성 할 수 있습니다. 고출력 배터리 팩을 얻으려면 커넥터 재료 및 밀봉 재료가 필요한 다양한 방식 (시리즈, 병렬 및 혼합)으로 여러 개의 단일 배터리를 연결해야합니다. SOFC에서 커넥터 구성 요소는 고온에서 우수한 전자 전도도와 안정성을 가져야합니다. 현재, 페 로브 스카이 트 구조를 갖는 란타넘 크로메이트 (LACRO3)와 같은 소피자 커넥터 재료로서 몇 가지 산화물 만 사용될 수있다. SOFC 커넥터 재료로 사용되는 고온 합금 재료도 연구 핫스팟입니다.

V. 밀봉 재료 및 기타

밀봉 재료는 전해질 재료와 커넥터 재료를 연결하는 데 사용됩니다. 그들은 고온에 내성이 있어야합니다. 배터리 반응 온도 (700 ~ 1000 ℃) 하에서, 일반적으로 유리-세라믹 혼합 용융에 의해 제조된다. 또한, 산소 가스 챔버와 같은 코룬덤 튜브 및 연료 가스 챔버와 같은 석영 튜브와 같은 다른 보조 재료가 필요합니다. 그들은 모두 에어 인렛과 아울렛을 가지고 있으며 밀봉되고 연결되어야합니다.

VI. 단일 셀 어셈블리

대규모 SOFC는 다양한 구조물에 쌓인 단일 셀로 구성된 배터리 팩입니다. 현재 관형, 직렬, 블록 및 플랫을 포함한 4 가지 유형의 배터리 팩이 개발되었습니다. 실제 응용 분야에서, 개별 연료 전지는 특정 응용 분야를 충족시키기 위해 배터리 팩을 형성하기 위해 직렬 및/또는 병렬로 연결됩니다. 도 1.5에 도시 된 단일 연료 전지에서, 양극, 전해질 및 음극은 3-in-one 복합 구조를 형성한다. 실제 연구 및 가공에서, 4 가지 다른 구조 유형이 형성되었다 : 인봉 덜 관형 설계, 세포 세포 설계, 모 놀리 식 디자인 및 플랫 플레이트 디자인. 구조 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 SOFC의 구조적 다이어그램