Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) starfa við hærra hitastig en bráðnar karbónat eldsneytisfrumur, með vinnuhitastig á bilinu 800 til 1000 gráður. Í þessari tegund efnarafala stafar raforkukrafturinn frá mismunandi súrefnishlutþrýstingi beggja vegna frumunnar. Einstök fruma samanstendur af tveimur rafskautum (eldsneytisrafskautið sem neikvæða rafskautið og oxandi rafskautið sem jákvæða rafskautið) og raflausn. Helstu hlutverk forskautsins og bakskautsins eru að leiða rafeindir og veita dreifingarleiðir fyrir hvarflofttegundir og afurðarlofttegundir.
Fasta raflausnin aðskilur lofttegundirnar á báðum hliðum. Vegna mismunandi súrefnishlutþrýstings á báðum hliðum myndast efnafræðilegur styrkleiki súrefnis. Undir áhrifum þessa efnamöguleikahalla fara súrefnisjónir sem hafa fengið rafeindir við bakskautið í átt að rafskautinu í gegnum fasta raflausnina. Við forskautið losna rafeindir og mynda spennu á milli pólanna tveggja.
Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) eru taldar vera þriðja kynslóð eldsneytisfrumna, með föstu, ekki porous málmoxíð sem raflausn, sem súrefnisjónir skutlast í gegnum innan kristalsins til að flytja jónir. Tæknin hefur nú náð þroskastigi. Hins vegar, vegna takmarkaðs fjölda efna sem geta starfað við háan hita og mikils kostnaðar þeirra, er breyting í átt að þróun millihitaefnarafala.
Meginregla
Þegar fastar oxíð eldsneytisfrumur (SOFCs) starfa með endurformað gas (blöndu af vetni og CO) sem eldsneyti, á sér stað eftirfarandi viðbrögð innan efnarafalsins:
Við bakskautið fá súrefnissameindir rafeindir og minnka þær í súrefnisjónir, þ.e.
O2+4e−→2O2−
Undir áhrifum straummismunarins og styrkleikadrifkraftsins beggja vegna raflausnarhimnunnar fara súrefnisjónir, í gegnum súrefnislausnirnar í raflausnhimnunni, beint yfir á rafskautshliðina og taka þátt í oxunarhvörfum við eldsneytið, þ.e.
H2+O2-→H2O+2e-
CO+O2-→ CO2+2e-
Heildarviðbrögð:
H2+CO+O2→ CO2+H2O
samsetning
Til að geta sinnt því hlutverki að umbreyta raforku snurðulaust ætti SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) stafla að innihalda eftirfarandi íhluti:
(1) Rafefnafræðilegur umbreytingarbúnaður sem samanstendur af föstu raflausn og bæði bakskaut og rafskaut. Meðal raflausnaefna er yttría-stöðugað zirconia það þroskaðasta.
(2) Eldsneytisbreytir. Þetta tæki inniheldur hvata, burðarefni og ílát. Það breytir eldsneytinu í litlar loftkenndar sameindir, eins og metan, og er staðsettur í framenda frumustokksins til að skiptast á hita sem myndast við notkun efnarafala.
(3) Flutningsrásir fyrir gas og eldsneyti (eða gasdreifingaraðilar). Málmar eru almennt notaðir sem leiðsluefni til að tryggja hámarksdreifingu og flutning hvarfefna.
(4) Straumsafnarar, einnig þekktir sem rafmagnsburstar, venjulega úr málmum eða efnum með góða rafeindaleiðni, eru nauðsynlegir fyrir skilvirka leiðni.
(5) Skynjarar. Hægt er að nota ýmsa skynjara sem fáanlegir eru í verslun til að fylgjast með hitastigi, straumi, samsettum gerðum og útgangsspennu frumunnar.
(6) Hitastýringartæki, svo sem einangrunarlög, kælir, varmaskipti og loftræstikerfi.
(7) Hús úr málmi eða glerkeramik. Notað er efni sem hægt er að nota við stofuhita, eins og ryðfríu stáli 304. Háhitaþolin efni eru nauðsynleg fyrir innri snertingu við SOFC, sem gerir verslunarmálmblöndur hagstæðar til að draga úr framleiðslukostnaði.
Einkenni
Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) eru tilvalin tegund efnarafala, ekki aðeins með mikla skilvirkni og umhverfisvæna kosti annarra efnarafala heldur einnig með eftirfarandi áberandi eiginleika:
(1) SOFCs hafa fullkomlega trausta uppbyggingu, útrýma tæringarvandamálum og raflausnatapsvandamálum sem tengjast notkun fljótandi raflausna, sem býður upp á möguleika á langtíma notkun.
(2) Með því að starfa við hitastig á milli 800 og 1000 gráður, útiloka SOFC ekki aðeins þörfina fyrir góðmálmhvata heldur geta þeir einnig beint notað jarðgas, syngas og kolvetni sem eldsneyti, sem einfaldar efnarafalakerfið.
(3) SOFC losar háhitaúrgangshita, sem hægt er að nýta í samsettum lotum með gastúrbínum eða gufuhverflum, sem bætir verulega heildarorkuframleiðslu skilvirkni.
