| 固定的氧化物燃料電池 (SOFC)是開發中當前在一定數量的國家(地區) 的不傷環境的 (高效率和低汙染) 發電技術。 正在使用中提供技術，為製造燃料電池要素和材料使用的技術概覽。 簡介 燃料電池和固定的氧化物燃料電池在 21 世紀特別是承諾改革發電。 燃料電池在一個電化學過程中轉換氣體燃料例如氫、天然氣或者被氣化的採煤成電。 因此他們在效率沒有被限制由熱引擎的紅蘿卜循環，并且他們也是環境清潔工藝導致充分地更低的汙染發散物比較常規發電技術。 當電源充分地，增加了搜索 「清潔工藝」在過去十年中導致他們的發展的利率復蘇在燃料電池的和資源。 燃料電池的幾種不同的類型開發中當前是，但是固定式發電的 (SOFC)固定的氧化物燃料電池和運輸應用的固定的聚合物 (PEMFC)電解質燃料電池認為最有為的燃料電池系統。 當前估計是那大約 10億 US$ 在單獨 SOFC 技術發展上將度過以後五年。 SOFC 性能 由於他們的高操作溫度， SOFC 的罐頭起作用多個燃料，包括碳基於燃料。 這導致高燃料對電效率大約 60% 唯一循環和 85% 總系統效率的。 SOFC 提供功率密度大約 1 个 MW/m3，負荷按照的功能是非常好的，并且他們有這個能力共同生成熱和電力與這個平衡傾向於電力。 SOFC 操作原理和熱力學 SOFC 細胞，基本組成部分，包括 YO 被摻雜的23 ZrO2 電解質 (氧氣離子導體)，在上負極 (La 水錳礦) 和陽極 (Ni/ZrO 金屬陶瓷2) 存款。 在從航空的負極氧氣被轉換成氧氣離子，通過電解質膜移動并且起反應與燃料在陽極/電解質界面。 在一條開放電路 (e) 或可逆電壓OCV (e) 的進程結果r根據 EOCV (E)r = - DG /nF (DG = 燃料氧化作用回應的熱力勢，調用的電子的 n = 編號， F = 法拉第常數)。 此電壓是典型地單細胞的 1.1 - 1.2 V。 在加載條件下單細胞導致大約 0.6 到 0.9 V，并且在 500 到 800 mA.cm 之間的電流密度-2 是可能的。 影響 SOFC 的效率系數 電和燃料效率取決於這張效率。 燃料效率取決於燃料的種類和溫度運算，并且電效率取決於內部損失 (抗拒 (紅外線) 在電解質內和 overpotential (h) 在兩電極/電解質界面) 在這個細胞。 SOFC 技術 概念 單細胞被結合形成多細胞部件，燃料電池棧。 堆積配置的一定數量的另外細胞報告了，包括： • 自承概念，其中電解質 (在厚度的 80-250gm) 形成這個設計的一個結構上的要素 • 電解質存款作為薄層的支持的概念 (<50gm) 在多孔支持/電極結構上。 可能也運載燃料和通氣分配通道的細胞連接與互聯 (高執行陶瓷或金屬)。 燃料和航空被提供給棧通過多頭管。 總系統包括航空/燃料供應/適應的部件、棧、能量適應系統和回復熱系統。 基本的棧設計 三個基本的棧設計被開發： • 這個筒形設計 (西屋電器設計) 顯然是與 40 kW 的最先進的 SOFC 概念還原運行。 至 1 m 的管長度表示單細胞，并且棧由一起堆積管形成。 這個概念是稀薄的依附層在筒形技術支持存款用昂貴的製造方法例如電化學蒸氣噴鍍或低壓等離子 (EVD)證言的一個支持的細胞設計。 • 因為其製造是可能地最不昂貴的，平面或平板設計開發中是這個最公用的概念。 單細胞可以由常規陶瓷大量生產途徑生產例如磁帶鑄件和屏幕打印。 單細胞一起被堆積并且密封與一份高溫密封材料。 概念的許多差異，包括外部和內部共同流，逆流和橫流 manifolded 棧開發中是。 • 在航空電極/電解質整體設計綠色層壓製品/給電極加油，并且互連被形成并且共同被銲接。 這消滅對高溫密封的需要，但是由共同銲接，一個相當難題要求形成棧認為不同的材料每塊層的介入的和微結構需求。 在整體和平面之間的雜種設計開發中也是。 SOFC 的材料 SOFC 的發展在此階段主要地是材料挑戰，指明由高溫運算和燃料電池棧的多成分的本質 (每個要素在隔離不可能被查看)。 有細胞要素的一定數量的公用需求例如： 穩定性 (化學製品，階段和微結構在 SOFC 運行環境裡)，符合了熱擴散、合理的機械性能 (力量、韌性，熱衝擊阻力)，低汽壓并且花費了競爭製造。 燃料電池要素的需求在下表裡被總結。 SOFC 的要素的表 1. 適當的材料。 | | | 電解質 | si > 0.05 S.cm-1 | ZrO2 - YO23 (3-10mol.%) | ZrO2 - ScO23， CeOGdO223， (SmO23) | | 負極 | >100 S.cm-1
(電子/混合) | LaSrMnO1-xx3 | (LaSr1-xx) Co， Fe03 | | 陽極 | > 100 S.cm-1
(電子/混合) | Ni/ZrO2 - YO23 | Ru/ZrO2 - YO23
Ni/CeO ZrO MO2223 | | 互連 | 惰性材料，高 temp.stability | 高溫。 合金 LaSr1-x (加州， Mg)x 陰級射線示波器3 | 金屬陶瓷 | | 多頭管 | 非易變，惰性 | 陶瓷，金屬 | | | 密封 | 非易變，惰性 | 玻璃，玻璃陶瓷，金屬/陶瓷 | | 生產細胞 製造方法 (列出在下面表裡) 取決於 (i) 細胞設計的種類， (ii) 性能需要的和 (iii) 經濟製造 (費用和大量生產)。 表 2. 燃料電池概念和他們的要素的多種類型的製造方法。 | | | 筒形概念 | CVD/EVD，等離子噴塗 | 泥漿塗層，等離子噴塗， CVD/EVD | EVD，等離子噴塗 | | 整體 | 日曆滾，碾壓，共同銲接 | 日曆滾，碾壓，共同銲接 | 日曆滾，碾壓，共同銲接 | | 平面 | 錄製鑄件，日曆滾 | 篩選打印，泥漿塗層 | 陶瓷或请金屬化處理 | 製造方法 (CVD/EVD，低壓等離子噴塗) sealless 筒形西屋電器概念的是非常昂貴的，而整體和平板細胞是用高溫銲接，技術 (磁帶鑄件、日曆滾，屏幕打印) 導致的跟隨的源遠流長的綠色陶瓷處理方法以潛在有效和適用於大量生產。 SOFC 發展的狀況 在 SOFC 發展的最近工作成績在 1985年開始了在美國和在日本，在 1989年在歐洲在 1991年和在澳大利亞。 很大數量的公司和政府研究組織 worlwide 在 SOFC 發展的研究和發展計劃介入，主要支持由公共資助機構 (母鹿， GRI、 MITI， CEC)。 西屋電器一般被認為在 SOFC 發展的世界領導人。 這家公司開發了這個筒形概念對一個先進的狀態，被建立一個 40 kW 還原部件。 其他球員 (西門子、電 Ceramatec、的富士，三洋電機， Sulzer) 開發與金屬或陶瓷的平面棧互聯，并且至 1 kW 的部件被修建了。 三菱重工業是開發筒形，平面和一個整體/平面雜種設計和修建了每個設計的 1 kW 部件。 在澳大利亞，在 1991年 SOFC 發展規劃開始在 CSIRO-DMST。 在 1992年包括 CSIRO、主要實用程序、 BHP 和政府 R&D 投資機構的財團設立了陶瓷燃料電池有限公司。 這家公司著重材料和有效製造技術的發展平面 SOFC 棧的。 燃料電池的潛在市場 市場的幾種不同的類型為燃料電池和範圍從偏遠地區供電對現場的聯合的熱和電力生產和中央崗位發電被識別。 局部市場調查適當由與更高的市場的世紀初在亞洲地區估計數百百萬美元的市場尺寸一年在單獨澳大利亞在發展中國家。 相似的國外研究指示幾每年十億美元市場潛力燃料電池的。 挑戰 固定的氧化物燃料電池有極大潛在提供了解決方法給互連材料的問題，并且可以找到密封、費用競爭製造和長期穩定性。 工作成績當前是進行中在使操作溫度降低 (主要取決於電解質的離子傳導性) 到 800-850°C。 這將協助解決改進生活時間和減少生產成本。 然而，大量的 R&D 工作成績開發與更高的傳導性或高導率 (薄膜技術) 的電解質，更加有效的電極和密封此溫度範圍的是必要的。 附註 - 參考一個完整集可以通過是指原文獲得。 |