เซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ (SOFC) และเซลล์อิเล็กโทรไลซิสของแข็งออกไซด์ (SOEC) เป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยสองอย่างที่มีศักยภาพอย่างมีนัยสำคัญในภาคพลังงาน SOFCs แปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าในขณะที่ SOEC ดำเนินการกระบวนการย้อนกลับโดยใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อแยกน้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์ออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์และออกซิเจน ส่วนประกอบหน้าแปลนมีบทบาทสำคัญในทั้งระบบ SOFC และ SOEC แต่มีความแตกต่างที่โดดเด่นระหว่างส่วนประกอบหน้าแปลนที่ใช้ในเทคโนโลยีทั้งสองนี้ ในฐานะซัพพลายเออร์ที่เชื่อถือได้ของส่วนประกอบหน้าแปลน SOFC/SOEC ฉันต้องการเจาะลึกความแตกต่างเหล่านี้เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจได้ดีขึ้น
1. เงื่อนไขการดำเนินงาน
หนึ่งในความแตกต่างพื้นฐานที่สุดระหว่างส่วนประกอบ SOFC และ SOEC หน้าแปลนอยู่ในสภาพการทำงานที่พวกเขาอยู่ภายใต้
sofc
โดยทั่วไปแล้ว SOFC จะทำงานที่อุณหภูมิสูงตั้งแต่ 600 ° C ถึง 1,000 ° C ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นเหล่านี้ส่วนประกอบหน้าแปลนจำเป็นต้องรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างและประสิทธิภาพการปิดผนึก สภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อนซึ่งอาจนำไปสู่ความเข้มข้นของความเครียดและการรั่วไหลที่อาจเกิดขึ้นหากวัสดุหน้าแปลนและการออกแบบไม่ได้เลือกอย่างระมัดระวัง นอกจากนี้ SOFCs ยังดำเนินการในบรรยากาศที่ลดลงเนื่องจากการปรากฏตัวของก๊าซเชื้อเพลิงเช่นไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ สภาพแวดล้อมที่ลดลงนี้ต้องการวัสดุหน้าแปลนเพื่อให้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชันที่ดีภายใต้เงื่อนไขการลด
Soec
SoECs ยังทำงานที่อุณหภูมิสูงเช่นเดียวกับ SOFCs อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าใน SOECs เกิดขึ้นในบรรยากาศออกซิไดซ์เนื่องจากน้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์ถูกแบ่งออกเป็นออกซิเจนและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ส่วนประกอบหน้าแปลนใน SOECs จำเป็นต้องทนต่อสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูง การเกิดออกซิเดชันอาจทำให้เกิดการก่อตัวของชั้นออกไซด์บนพื้นผิวของวัสดุหน้าแปลนซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการปิดผนึกและคุณสมบัติเชิงกลของส่วนประกอบเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นวัสดุที่ใช้สำหรับส่วนประกอบหน้าแปลน SOEC จำเป็นต้องมีความต้านทานออกซิเดชันที่ดีเยี่ยม
2. การเลือกวัสดุ
ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานที่แตกต่างกันการเลือกวัสดุสำหรับส่วนประกอบ SOFC และ SOEC หน้าแปลนแตกต่างกันไป
sofc
สำหรับส่วนประกอบหน้าแปลน SOFC วัสดุที่มีความเสถียรทางความร้อนที่ดีและความต้านทานต่อการลดบรรยากาศเป็นที่ต้องการ โลหะผสมที่ใช้นิกเกิลใช้กันทั่วไปเนื่องจากความแข็งแรงอุณหภูมิสูงความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมในการลดสภาพแวดล้อมและความเข้ากันได้กับการขยายตัวทางความร้อนที่ดีกับส่วนประกอบอื่น ๆ ในระบบ SOFC Inconel 625 เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับส่วนประกอบหน้าแปลน SOFC มันมีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูงความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนที่ดีในการลดบรรยากาศและความสามารถในการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม ของเราInconel 625 Bellowsทำจาก Inconel ที่มีคุณภาพสูง 625 ซึ่งสามารถให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในระบบ SOFC
Soec
ในการใช้งาน SOEC จำเป็นต้องมีวัสดุที่มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่า วัสดุเซรามิกเช่นอลูมินาและเซอร์โคเนียมักถูกพิจารณาว่าเป็นส่วนประกอบของหน้าแปลน SOEC เนื่องจากความต้านทานออกซิเดชันที่ยอดเยี่ยมที่อุณหภูมิสูง วัสดุเซรามิกเหล่านี้สามารถสร้างชั้นออกไซด์ที่เสถียรบนพื้นผิวซึ่งปกป้องวัสดุพื้นฐานจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม อย่างไรก็ตามวัสดุเซรามิกเปราะและมีความต้านทานต่อการกระแทกด้วยความร้อนค่อนข้างแย่ เพื่อเอาชนะข้อ จำกัด เหล่านี้อาจใช้วัสดุคอมโพสิตหรือข้อต่อโลหะเซรามิก ส่วนประกอบโลหะสามารถให้ความแข็งแรงเชิงกลและความเหนียวที่จำเป็นในขณะที่ชั้นเซรามิกสามารถให้ความต้านทานออกซิเดชันได้
3. ข้อกำหนดการปิดผนึก
การปิดผนึกเป็นสิ่งสำคัญของทั้งระบบ SOFC และ SOEC และข้อกำหนดการปิดผนึกสำหรับส่วนประกอบหน้าแปลนแตกต่างกัน
sofc
ใน sofcs ซีลที่แน่นเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการรั่วไหลของก๊าซเชื้อเพลิงและอากาศ การรั่วไหลของก๊าซเชื้อเพลิงสามารถนำไปสู่อันตรายด้านความปลอดภัยและลดประสิทธิภาพของระบบ SOFC สภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงและลดลงใน Sofcs ก่อให้เกิดความท้าทายต่อประสิทธิภาพการปิดผนึก วัสดุปะเก็นที่ใช้ในส่วนประกอบหน้าแปลน SOFC จำเป็นต้องมีความเสถียรทางความร้อนที่ดีความต้านทานทางเคมีต่อก๊าซเชื้อเพลิงและความสามารถในการรักษาซีลที่แน่นหนาภายใต้การปั่นจักรยานความร้อน ปะเก็นไฟเบอร์บีบอัดปะเก็นเซรามิกและปะเก็นโลหะมักใช้ในระบบ SOFC
Soec
ใน SOECS ข้อกังวลหลักคือการป้องกันการรั่วไหลของออกซิเจนและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอื่น ๆ สภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้การย่อยสลายของวัสดุปะเก็นหากไม่ได้เลือกอย่างเหมาะสม เช่นเดียวกับ SOFCs วัสดุปะเก็นสำหรับส่วนประกอบหน้าแปลน SOEC จำเป็นต้องมีความเสถียรทางความร้อนที่ดีและความต้านทานออกซิเดชัน นอกจากนี้การออกแบบการปิดผนึกใน SOECs จำเป็นต้องพิจารณาศักยภาพของความแตกต่างของแรงดันระหว่างขั้วบวกและด้านข้างแคโทดของเซลล์อิเล็กโทรไลซิส
4. ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ
การออกแบบส่วนประกอบ SOFC และ SOEC ยังคำนึงถึงข้อกำหนดการดำเนินงานเฉพาะของพวกเขา
sofc
ในการออกแบบ SOFC ส่วนประกอบหน้าแปลนจำเป็นต้องรองรับการขยายตัวทางความร้อนของสแต็กเซลล์และส่วนประกอบอื่น ๆ การขยายตัวทางความร้อนอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมิติซึ่งอาจนำไปสู่การเยื้องศูนย์และการรั่วไหลหากไม่ได้รับการแก้ไขอย่างเหมาะสม การออกแบบหน้าแปลนอาจรวมถึงคุณสมบัติเช่นข้อต่อที่ยืดหยุ่นหรือลูปขยายเพื่อชดเชยการขยายตัวทางความร้อน นอกจากนี้เค้าโครงของส่วนประกอบหน้าแปลนจำเป็นต้องให้แน่ใจว่าการประกอบและการถอดประกอบเพื่อการบำรุงรักษาและการซ่อมแซมได้ง่าย
Soec
การออกแบบหน้าแปลน SOEC มุ่งเน้นไปที่ความเข้ากันได้กับโครงสร้างเซลล์อิเล็กโทรไลซิสและการป้องกันการรั่วไหลของออกซิเจน การออกแบบอาจรวมคุณสมบัติเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวหน้าแปลนเช่นการเคลือบผิวหรือรูปทรงเรขาคณิตพิเศษ ยิ่งไปกว่านั้นส่วนประกอบหน้าแปลนใน SOECs จำเป็นต้องได้รับการออกแบบมาเพื่อทนต่อความเครียดเชิงกลที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าและส่วนต่างของความดันภายในเซลล์
5. แอปพลิเคชันในระบบท่อส่ง
ทั้งระบบ SOFC และ SOEC พึ่งพาระบบท่อสำหรับการจัดหาก๊าซและการกำจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ส่วนประกอบหน้าแปลนที่ใช้ในระบบท่อเหล่านี้มีความแตกต่างบางอย่าง
sofc
ในระบบท่อส่งน้ำ SOFC ส่วนประกอบหน้าแปลนจะต้องเข้ากันได้กับก๊าซเชื้อเพลิงและสภาพแวดล้อมที่ลดลงส่วนประกอบท่อส่งก๊าซ SOFC/SOECได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับการไหลของไฮโดรเจนคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซเชื้อเพลิงอื่น ๆ ที่อุณหภูมิสูง วัสดุและการออกแบบส่วนประกอบเหล่านี้จำเป็นต้องป้องกันการกัดกร่อนและตรวจสอบให้แน่ใจว่าการไหลของก๊าซราบรื่น
Soec
สำหรับระบบ Pipeline SOEC ส่วนประกอบหน้าแปลนส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการขนส่งออกซิเจนและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอื่น ๆส่วนประกอบท่อส่งอากาศ SOFC/SOECได้รับการออกแบบมาเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และอุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ SOEC การออกแบบส่วนประกอบเหล่านี้จำเป็นต้องป้องกันการสะสมของออกซิเจนและตรวจสอบให้แน่ใจว่าการกำจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอย่างมีประสิทธิภาพ
โดยสรุปในขณะที่ส่วนประกอบ SOFC และ SOEC หน้าแปลนมีความคล้ายคลึงกันบางอย่างในแง่ของการดำเนินงานที่อุณหภูมิสูงมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในสภาพการทำงานการเลือกวัสดุข้อกำหนดการปิดผนึกการพิจารณาการออกแบบและการประยุกต์ใช้ในระบบท่อ ในฐานะซัพพลายเออร์มืออาชีพของส่วนประกอบหน้าแปลน SOFC/SOEC เราเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้และนำเสนอส่วนประกอบหน้าแปลนคุณภาพสูงที่หลากหลายซึ่งเหมาะกับความต้องการเฉพาะของแอปพลิเคชัน SOFC และ SOEC ไม่ว่าคุณจะพัฒนาระบบ SOFC หรือ SOEC ใหม่หรือต้องการอัพเกรดส่วนประกอบที่มีอยู่ของคุณทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถให้โซลูชั่นที่เหมาะสมแก่คุณ หากคุณมีความสนใจในผลิตภัณฑ์ของเราหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับส่วนประกอบหน้าแปลน SOFC/SOEC โปรดติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อและการอภิปรายเพิ่มเติม
การอ้างอิง
- Singhal, SC, & Kendall, K. (2003) เซลล์เชื้อเพลิงของแข็งออกไซด์ของแข็งอุณหภูมิสูง: พื้นฐานการออกแบบและการใช้งาน Elsevier
- Stoots, CM, & Herring, JS (2010) อิเล็กโทรไลซิสไอน้ำอุณหภูมิสูงสำหรับการผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานนิวเคลียร์ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮ
- Minh, NQ (1993) เซลล์เชื้อเพลิงเซรามิก วารสารสมาคมเซรามิกอเมริกัน, 76 (3), 563-588