Aplicació i avantatges de l'escuma de níquel en piles de combustible d'òxid sòlid (SOFC)

Aplicació i avantatges de l'escuma de níquel en piles de combustible d'òxid sòlid (SOFC).

En primer lloc, entenem quines són les piles de combustible d’òxid sòlid (SOFC). Les piles de combustible d’òxid sòlid (SOFC), també conegudes com totes - sòlida - Estat de piles de combustible o piles de combustible ceràmic, són dispositius que converteixen directament l’energia química del combustible en energia elèctrica mitjançant reaccions electroquímiques. A diferència d’altres tipus de piles de combustible, SOFC no es basa en catalitzadors de metalls preciosos per afavorir les reaccions electroquímiques, que fins a cert punt redueixen la dependència dels metalls rars i redueix els costos.

SOFC té molts avantatges bàsics, convertint -lo en un tema candent en el camp energètic:

Des del principi de treball, SOFC és el "procés invers" de l'electròlisi d'aigua. En el procés d’electròlisi d’aigua, l’aigua es descompon en hidrogen i oxigen; A SOFC, la reacció d’oxidació del combustible es produeix a l’ànode, la reacció de reducció d’oxidant es produeix al càtode i els ions es realitzen a través de l’electròlit per generar energia elèctrica i energia calorífica. Concretament, el combustible (com l’hidrogen) s’oxida a l’ànode, alliberant electrons i protons (o ions); L’oxigen es redueix a ions d’oxigen al càtode i els ions d’oxigen migren cap a l’ànode a través de l’electròlit d’òxid sòlid, reaccionant amb el combustible per generar aigua o altres productes, mentre que els electrons flueixen a través del circuit extern per formar corrent i adonar -se de la sortida d’energia elèctrica.
A través del seu principi de treball, podem entendre l’aplicació i els avantatges de l’escuma de níquel de la manera següent:
1. Material d'ànode o suport d'ànode
- La tres estructura porosa dimensional de l'escuma de níquel es pot utilitzar com a substrat d'ànode, proporcionant una superfície específica alta, augmentant els llocs actius de reacció i promovent la reacció d'oxidació dels combustibles (com l'hidrogen o el metà). En comparació amb els anodes YSZ tradicionals Ni -, la seva alta conductivitat pot reduir les pèrdues ohmiques i millorar l'eficiència de conducció electrònica.
2. Col·leccionista actual
- Com a col·leccionista actual del costat de l'ànode, l'estructura porosa de l'escuma de níquel permet que el gas es difongui lliurement, alhora que recull de manera eficient la resistència de contacte de corrent, reduint la resistència de contacte interfacial i optimitzant el rendiment de la bateria.
3. Estructura de suport metàl·lic
- Com a esquelet de metall - SOFC suportat, la resistència mecànica i la resistència tèrmica de xoc tèrmic de l'escuma de níquel pot millorar la durabilitat de la bateria, suportar les capes d'electròlits més primes, reduir les temperatures de funcionament (com ara 600-800 graus) i reduir el temps d'inici.
4. Materials d’elèctrodes compostos
- compost amb materials d’electròlits (com ysz) per formar una estructura de porus de nivell multi -, millorar la transmissió de combustible i oxidant mantenint l’activitat catalítica.
Avantatges
1. Alta porositat i capacitat de difusió de gasos
- La tres estructura de xarxa dimensional (porositat 70-95%) afavoreix la distribució de gas uniforme, redueix la polarització de la concentració i millora l'eficiència de la reacció.
2. Excel·lent conductivitat
- La conductivitat del níquel pur és significativament millor que la dels compostos ceràmics, reduint la polarització ohmica i la millora de l'eficiència de conversió energètica.
3. Força mecànica i estabilitat tèrmica
- La duresa de l'escuma metàl·lica és millor que la dels materials ceràmics, i pot suportar cicles tèrmics i vibracions mecàniques, i és adequada per a ambients d'alta temperatura (es requereix un tractament d'oxidació anti-).
4. Flexibilitat de fabricació
- Fàcil de processar en formes complexes, suportar la producció a escala gran - i pot reduir els costos de fabricació.

Per descomptat, hi ha altres reptes i precaucions.
- Problema d’oxidació d’alta temperatura: és necessari millorar la resistència a l’oxidació mitjançant l’aliatge (com afegir CR, AL) o recobriment (com el YSZ), especialment en l’atmosfera oxidant.
- coincidència d’expansió tèrmica: cal coordinar -se amb el coeficient d’expansió tèrmica del material d’electròlits (com ara YSZ, GDC) per evitar el cracking de la interfície.
- long - Estabilitat del terme: és necessari suprimir la tendència de sinterització del níquel i mantenir l'estabilitat de l'estructura porosa.
Progrés de la investigació
La investigació ha explorat l'escuma de níquel com a substrat d'ànode o suport metàl·lic, com ara la preparació d'elèctrodes compostos mitjançant electrodeposició o deposició de vapor químic, combinada amb materials catalítics tradicionals (com Ni - YSZ), que té un rendiment excel·lent en la reducció de la resistència a la polarització i la densitat de potència creixent. En metall - suportat SOFC, les característiques de força lleugera i alta - de la força de níquel han cridat molta atenció.
En resum, l’escuma de níquel té un potencial d’aplicació significatiu en SOFC, especialment en l’optimització de la transmissió de gas, millorant la conductivitat i les propietats mecàniques, però la seva aplicació pràctica necessita resoldre els problemes de compatibilitat i estabilitat del material en ambients d’alta temperatura.