14412

مروري بر پيشرفت هاي اخير در مواد مصرفي براي آند پيل سوختي اكسيد جامد

1400

مهدي داراب

سوخت هاي فسيلي ، منابع اصلي توليد انرژي در حال حاضر هستند و جزو منابع انرژي تجديد ناپذير است و همين باعث بحراني در آينده در توليد انرژي ايجاد كند و در حين حال ايجاد آلودگي زيست محيطي هم دارند. پيل هاي سوختي اكسيد جامد (SOFC (يكي از فناوري هاي كارآمد براي مقابله با اين چالش در صنعت انرژي است. مزاياي اين پيل راندمان تبديل انرژي باال بازده يك پيل سوختي حدودا بين 40 تا 60 درصد است و انتخاب گسترده در نوع سوخت مصرفي است. يكي از چالش هاي اين بخش در رابطه با استفاده از سوخت هاي هيدروكربني ، رسوب كربن و مسموميت گوگرد در اثر حضور S2H در سوخت است. يك پيل هاي سوختي اكسيد جامد (SOFC (از سه جز اصلي ، كاتد ، آند و الكتروليت تشكيل شده است. واكنش هاي شيميايي در الكترودها ، آند و كاتد اتفاق مي افتد و انرژي الكتريكي توليد مي شود. جريان سوخت به سمت سطح آند و جريان هوا به سمت سطح كاتد حركت مي كنند. آند و كاتد متخلخل هستند و اين تخلخل براي عبور هوا و سوخت از ميان آنها است تا به سطح مشترك بين الكتروليت و الكترود برسند. واكنش يون اكسيژن در كاتد در اثر واكنش الكتروشيميايي توليد مي شود و الكتروليت يون اكسيژن را به سطح آند مي رساند و در آنجا با هيدروژن سوخت واكنش مي دهد و الكترون توليد مي شود. الكترون از يك مدار خارجي به سمت الكترود مي رود و در اثر اين جريان انرژي الكتريكي توليد مي شود. از الزامات كلي آند SOFC مي توان به رسانايي الكتروني باال ، فعاليت كاتاليزوري عالي در جهت اكسيداسيون سوخت ، رسانايي يوني باال و پايداري شيميايي و حرارتي باال اشاره كرد. ساير خواص مطلوب از جمله تحمل به رسوب كربن و مسموميت گوگرد مهم هستند. : آند - ↔ 2H2O + 4e 2- 2H2 + 2O O ↔ 2- كاتد: - O2 + 4e اكسيدهاي پروسكايت يكي مهم ترين موادي است كه بطور گسترده به عنوان اجزاي پيل سوختي اكسيد جامد استفاده مي شود و داراي پايداري حرارتي و مكانيكي عالي، انعطافپذيري در نوع سوخت مصرفي است. فرمول اكسيد پروسكايت 3ABO است. تيتانات استرانسيوم 3SrTiO يك تركيب با ساختار پروسكايت است كه به طور طبيعي به عنوان يك دي الكتريك شناخته مي شود. تيتانات استراسيوم داراي پايداري مناسبي در طيف وسيعي از فشار جزئي اكسيژن تحت شرايط اكسايش و كاهش است. اين ساختار امكان قرار گيري عناصر مختلفي را در موقعيت مكاني استرانسيوم و تيتانيوم مي دهد كه اين باعث تغيير قابل توجهي در خواص ماده مي شود. جايگزيني استرانسيوم يا تيتانيوم با كاتيون هاي با حالت اكسيداسيون باالتر منجر به ايجاد الكترون و ايجاد جاي خالي استرانسيوم براي حفظ تعادل بار مي شود. نتيجه اين دوپينگ افزايش رسانايي نوع n است. كاتيون ها با حالت اكسيداسيون پايين براي دوپينگ استرانسيوم و تيتانيوم باعث ايجاد حفره مي شوند و در واقع باعث جاي خالي يوني مي شوند كه دوپينگ از نوع پ ذيرنده و جاي خالي يوني ايجاد شده باعث افزايش رسانايي يوني مي شود.

12/25/2022 12:00:00 AM

85597

1403/10/08

A Review of Recent Advances in Consumable Materials for Solid Oxide Fuel Cell Anodes

آند , پيل سوختي اكسيد جامد

Anode , Solid oxide fuel cell