Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem

Z Wikipedii

Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem (z zestalonym elektrolitem tlenkowym), SOFC (ang. Solid Oxide Fuel Cell) - to rodzaj ogniwa paliwowego, wymagającego bardzo wysokiej temperatury pracy (ok. 1000°C), co pozwala uzyskać bardzo wysoką sprawność, rzędu 80%. Ciepło uzyskiwane za pomocą tego ogniwa może być wykorzystane w kogeneracji. Lecz znaczne wymiary, wysoka temperatura pracy i znaczny czas rozruchu ograniczają zastosowanie ogniw SOFC do rozwiązań do stałej zabudowy.

Obecnie produkcją ogniw tlenkowych zajmują się następujące firmy: Siemens (Niemcy), Rolls-Royce (Wielka Brytania), Ballard, Cummins & McDermott, Honeywell (USA), Sulzer Innotec (Szwajcaria). Od 2004r. również i w Polsce produkuje się ogniwa SOFC (na razie wymiary płytki wynoszą 50 x 50 x 1,5 mm, planuje się je zwiększyć do 100 mm).

[edytuj] Budowa i zasada działania

W wysokotemperaturowych ogniwach tlenkowych elektrolitem jest warstwa ceramiczna z tlenku cyrkonu (ZrO₂) wzbogaconego itrem (Y₂O₃), która w temperaturze 1000°C jest doskonałym przewodnikiem anionów tlenowych. Anodę stanowi porowaty spiek niklowy (Ni-ZrO₂) lub kobaltowy (Co-ZrO₂), a katodę – magnez domieszkowany manganianem(III) lantanu (LaMnO₃). Paliwem w tych ogniwach może być CO, H₂ i węglowodory, np. CH₄.

Firmie Globalt (Kanada) udało się ponadto opracować elektrolit pracujący w niższej temperaturze (700°C), dzięki czemu można było zastosować, zamiast ceramicznej, stalową konstrukcję. Umożliwiło to poprawę szczelności i osiągnięcie hermetyczności ogniw. Dzięki temu stało się możliwe wykorzystanie energii cieplnej z tych ogniw do produkcji pary wodnej grzejnej lub napędzającej turbinę parową.

Etapy reakcji zachodzących w ogniwie są następujące:

Katoda:

Anoda:

Etapy pracy ogniwa:

1. - absorpcja cząsteczki tlenu na katodzie oraz 2 cząsteczek wodoru na anodzie,
2. - jonizacja 2 atomów tlenu na katodzie oraz jonizacja 4 atomów wodoru do 4 protonów na anodzie,
3. - migracja 2 anionów tlenu przez elektrolit od katody do anody,
4. - rekombinacja na anodzie 2 anionów tlenu i 4 protonów do 2 cząsteczek wody i jej wydalenie.

Ogniwa tlenkowe charakteryzują się następującymi zaletami: nie zawierają płynów, są dynamiczne i bardzo trwałe, mogą bowiem pracować ponad 13 000 godzin, a dzięki wysokiej temperaturze można przeprowadzić reforming paliwa (konwersje do wodoru) wewnątrz samego ogniwa, bez konieczności stosowania dodatkowych zespołów zewnętrznych ze specyficznymi i drogimi katalizatorami. W ogniwach tych nie jest również konieczny obieg CO₂, który jest nieodzowny w ogniwach węglanowych (MCFC).

Ogniwa tlenkowe mają też swoje wady, z których najważniejsze to: wysoka temperatura pracy, która wywołuje duże naprężenia mechaniczne i kłopoty z uszczelnianiem, duża oporność elektrolitu, która ma wpływ na zmniejszenie sprawności ogniwa.

[edytuj] Bibliografia

• Lewandowski, Witold M. Proekologiczne odnawialne źródła energii. WNT, W-wa 2006

[edytuj] Zobacz też

• technologie wodorowe