Principe, types et caractéristiques des piles à combustible à oxyde solide (SOFC)

I.Princicle de Sofc

Piles à combustible à oxyde solide (SOFC)sont une technologie d'énergie avancée qui convertit directement l'énergie chimique dans les combustibles d'hydrocarbures en énergie électrique et en énergie thermique par des réactions électrochimiques. Ils ont les avantages de grandes sources de carburant, d'efficacité de production élevée, de qualité de chaleur élevée, de fonctionnement silencieux, d'émissions faibles et d'installation modulaire.

LeSystème SofcPeut être divisé en pile et une unité auxiliaire BOP périphérique. La pile est le cœur de la pile à combustible et est un appareil qui convertit directement l'énergie chimique en énergie électrique. Les unités auxiliaires périphériques entourant la pile comprennent l'unité de préchauffage d'alimentation en air, l'unité d'alimentation en carburant (réforme), l'unité de récupération des gaz de queue, l'unité de gestion électrique et l'unité de contrôle.

Le principe de travail deSofcest basé sur des processus électrochimiques et fonctionne généralement à des températures élevées de 650 ~ 950 ℃. SOFC utilise des céramiques d'oxyde solide (généralement de l'oxyde de zirconium) comme électrolytes, qui non seulement transfèrent des ions O²⁻ mais également de l'air et du carburant séparés.

Le carburant (généralement réformé par l'hydrogène des hydrocarbures) diffuse à travers l'anode à l'interface électrolyte, tandis que l'air absorbe l'oxygène à travers la surface de la cathode et est converti en ions O²⁻ par l'action catalytique de la cathode elle-même. Après être entré dans l'électrolyte, il diffuse à l'anode et réagit avec le carburant. Les électrons perdus reviennent à la cathode à travers le circuit externe, générant ainsi de l'électricité.

Schéma Sofc

Ii Types deSofc

Selon les différentes formes de conception des composants unitaires,Sofcest principalement divisé en deux structures: tubulaire et plat. La conception tubulaire a de bonnes performances d'étanchéité et a les caractéristiques d'un fonctionnement stable à long terme; La conception plate a une densité de puissance élevée en raison du chemin de courant court.

1. Structure tubulaire

La structure tubulaireSofcest la forme la plus ancienne et la plus mature. Son unité de production d'énergie se compose d'un tube avec une extrémité fermée et de l'autre extrémité ouverte, qui est composée d'un tube de support poreux, d'anode, d'électrolyte et de cathode de l'intérieur vers l'extérieur.

Dans cette conception structurelle, le carburant est entrée du noyau du tube et l'air est fourni par la paroi extérieure du tube. Sa pile de batterie a un grand degré de liberté et n'est pas facile à casser; La céramique poreuse est utilisée comme corps de soutien et la structure est forte; Il a de bonnes performances d'étanchéité et une stabilité à long terme.

Son assemblage de batteries est également relativement simple, et il est facile de combiner des packs de batterie haute puissance en connectant les cellules de la batterie en parallèle et en série. Cependant, l'espacement entre les électrodes est grand, le chemin du courant traversant la batterie est long et la perte de résistance interne est grande, donc la densité de puissance correspondante est faible.

Sofc de génération de puissance tubulaire et diagramme d'intégration du système

2. Structure de la plaque plate

Le SOFC de structure plate plate a une forme géométrique simple et un faible coût de fabrication. Il se compose d'une seule cellule composée d'anode,électrolyteet film cathode. Le connecteur avec des rainures des deux côtés relie la cathode et l'anode adjacentes et fournit des canaux de gaz des deux côtés pour séparer les deux gaz en même temps.

Son assemblage de batterie nécessite un étanchéité résistant à haute température au bord pour isoler l'oxygène et le gaz carburant, et a des exigences élevées pour le matériau de la plaque de connexion bipolaire, qui doit être appariée thermiquement avec le matériau d'électrode et a une bonne résistance à l'oxydation et conductivité à haute température.

Sofc Plate Powc Power Unit and System Integration Diagramme

Iii. Caractéristiques de Sofc

1. Efficacité élevée

Sofc convertit l'énergie chimique du carburant par des moyens électrochimiques, en évitant la perte d'énergie des travaux de combustion traditionnelle, et l'efficacité de la production d'électricité est aussi élevée que 50% ~ 60%, et n'est pas limitée par échelle, et la production d'électricité distribuée à petite échelle peut également maintenir une efficacité élevée.

2. Riches sources de carburant

En raison de la température de fonctionnement élevée de SOFC, une variété de carburants peuvent être utilisées, y compris le gaz naturel, le biogaz, l'éthanol, le méthanol, etc., et les sources de carburant sont flexibles et diverses.

3. Fonctionnement silencieux

En plus du système auxiliaire BOP, il n'y a pas d'équipement rotatif de haute puissance dans le processus de production d'électricité SOFC, et l'opération est silencieuse, ce qui convient à l'installation dans les zones de vie et de travail.

4. pile d'électrolyte solide

En utilisant l'oxyde solide comme électrolyte, aucun catalyseur métallique précieux n'est requis, une durée de fonctionnement longue, une structure de système simple et un faible coût de production à grande échelle.

5. Émissions faibles

Il n'y a presque aucune émission de polluants pendant la réaction électrochimique, et en raison de l'efficacité de production élevée de puissance, moins de carburant est nécessaire pour la même production d'électricité, réduisant ainsi les émissions de CO2.

6. Structure modulaire

Sofc adopte la conception modulaire, qui est flexible pour installer, occupe une petite zone, a une courte période de construction et est facile à promouvoir et à appliquer.