Войти
A регенеративный топливный элемент или обратный топливный элемент (RFC) - это топливный элемент, работающий в обратном режиме, который потребляет электричество и химикат B для производства химического вещества A. По определению процесс любого топливного элемента может быть обращен вспять. Однако данное устройство обычно оптимизировано для работы в одном режиме и не может быть сконструировано таким образом, чтобы оно могло работать в обратном направлении. Элементы, работающие в обратном направлении, обычно не создают очень эффективных систем, если они не специально созданы для этого, как электролизеры высокого давления, регенеративные топливные элементы, ячейки с твердооксидным электролизером и унифицированные регенеративные топливные элементы.
В водородном топливе топливный элемент с протонообменной мембраной, например, используется газообразный водород (H2) и кислород (O 2) для производства электроэнергии и вода (H 56 2 58 O); регенеративный водородный топливный элемент использует электричество и воду для производства водорода и кислорода.
Когда топливный элемент работает в регенеративном режиме, анод для режима производства электроэнергии (режим топливного элемента) становится катодом при производстве водорода режим (режим обратного топливного элемента), и наоборот. При приложении внешнего напряжения вода на катодной стороне подвергается электролизу с образованием ионов водорода и оксидов; ионы оксида переносятся через электролит к аноду, где он может окисляться с образованием кислорода. В этом обратном режиме полярность элемента противоположна полярности для режима топливного элемента. Следующие реакции описывают химический процесс в режиме генерации водорода:
На катоде: H 2 O + 2e → H 2 + O
На аноде: O → 1 / 2O 2 + 2e
В целом: H 2 O → 1 / 2O 2 + H 2
Одним из примеров RFC является твердооксидный регенеративный топливный элемент. Твердооксидный топливный элемент работает при высоких температурах с высокими коэффициентами преобразования топлива в электричество и является хорошим кандидатом для высокотемпературного электролиза. Для процесса электролиза в SORFC требуется меньше электроэнергии из-за высокой температуры.
Электролит может быть О-проводящим и / или протонным (Н) проводящим. Уровень техники для О-проводящего оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (YSZ), на основе SORFC с использованием Ni – YSZ в качестве водородного электрода и LSM (или LSM – YSZ) в качестве кислородного электрода активно изучается. Дёниц и Эрдл сообщили о работе электролитических ячеек YSZ с плотностью тока 0,3 А · см и 100% -ным КПД по Фарадею всего при 1,07 В. Недавнее исследование, проведенное исследователями из Швеции, показывает, что композитные электролиты на основе церия, в которых проводят как протонную, так и оксидно-ионную проводимость. Существуют, обеспечивают высокий выходной ток для работы топливного элемента и высокий выход водорода для операции электролиза. Диоксид циркония с добавками скандия и церия (10Sc1CeSZ) также исследуется в качестве потенциального электролита в SORFC для производства водорода при промежуточных температурах (500-750 ° C). Сообщается, что 10Sc1CeSZ демонстрирует хорошие характеристики и обеспечивает высокую плотность тока с подходящими электродами.
Кривые плотности тока – напряжения (j – V) и спектры импеданса исследуются и записываются. Спектры импеданса реализуются на переменном токе среднеквадратическим значением 1-2A (среднеквадратичное значение) в диапазоне частот от 30 кГц до 10 Гц. Спектры импеданса показывают, что сопротивление высокое на низких частотах (<10 kHz) and near zero at high frequencies(>10 кГц). Поскольку высокая частота соответствует активности электролита, а низкая частота соответствует процессу электродов, можно сделать вывод, что лишь небольшая часть общего сопротивления приходится на электролит, а наибольшее сопротивление приходится на анод и катод. Следовательно, разработка электродов с высокими рабочими характеристиками имеет важное значение для высокой эффективности SORFC. Удельное сопротивление по площади (ASR) можно определить по наклону кривой j-V. Обычно используемые / проверенные материалы электродов - это кермет никель / диоксид циркония (Ni / YSZ) и композит титанат стронция / церия, замещенный лантаном, для катода SORFC и манганит лантана-стронция (LSM) для анода SORFC. Другими материалами анода могут быть феррит лантана-стронция (LSF), феррит лантана-стронция-медь (LSCuF) и феррит лантана-стронция-кобальта (LSCoF). Исследования показывают, что электрод Ni / YSZ был менее активен при работе обратного топливного элемента, чем при работе топливного элемента, и это может быть связано с процессом, ограниченным диффузией в направлении электролиза, или его склонностью к старению в среде с высоким содержанием пара, в первую очередь из-за укрупнения никелевых частиц. Поэтому были предложены альтернативные материалы, такие как композит титанат / диоксид церия (La0,35Sr0,65TiO3 – Ce0,5La0,5O2-δ) или (La0,75Sr0,25) 0,95Mn0,5Cr0,5O3 (LSCM), были предложены для электролизных катодов. И LSF, и LSM / YSZ считаются хорошими кандидатами на анод для режима электролиза. Кроме того, более высокая рабочая температура и более высокий коэффициент абсолютной влажности (AH) могут привести к более низкому ASR.
