Молодежный вестник ИрГТУ (12+)
Поиск по сайту

Твердооксидные топливные элементы

Верхозина Юлия Андреевна

2020 / Том 10 № 4 2020 [ Химия и металлургия ]

Топливные элементы (ТЭ) - электрохимические устройства, осуществляющие прямое превращение химической энергии топлива и окислителя в электрическую. Для работы топливного элемента необходим непрерывный поток топлива (восстановителя) и окислителя. Топливные элементы характеризуются высоким коэффициентом полезного действия (КПД) ввиду наличия способности прямого превращения энергии. Топливный элемент состоит из электролита и двух электродов: анода и катода. Электролит обладает высокой ионной и низкой электронной проводимостью. На аноде протекает реакция окисления восстановителя, на катоде - восстановление окислителя. Существуют топливные элементы нескольких типов, основным признаком классификации которых является используемый электролит. Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) используют твердый керамический электролит, который при высоких температурах (600-1000 ºC) действует как ионный проводник. Технологически топливные элементы следует рассматривать как более совершенные системы в сравнении с двигателями внутреннего сгорания, тепловыми и атомными электростанциями, работа которых сопровождается выбросом вредных побочных продуктов. В данной статье рассмотрены структура ТОТЭ, принцип его работы, условия протекания реакций, используемые катализаторы, причины снижения долговечности твердооксидных топливных элементов и влияние хрома на них.

Ключевые слова:

твердооксидные топливные элементы,катод,анод,катализатор,электролит,твердооксидные топливные элементы,катод,анод,катализатор,электролит

Библиографический список:

  1. Yan Cao, Yujia Wu, Leijie Fu, Kittisak Jermsittiparsert, Navid Razmjooy. Multi-objective optimization of a PEMFC based CCHP system by meta-heuristics // Energy Reports. 2019. Vol. 5. P. 1551-1559. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.10.029
  2. Dudnik O.M., Sokolovska I.S. Results of organic fuel conversion at fuel cell test installation // Fuel Cell Technologies: State and Perspectives. 2005. Vol. 202. P. 163-174. https://doi.org/10.1007/1-4020-3498-9_15
  3. Zhan Gao, Liliana V. Mogni, Elizabeth C. Miller, Justin G. Railsback, Scott A. Barnett. A perspective on low-temperature solid oxide fuel cells // Energy & Environmental Science. 2016. Vol. 9. № 5. P. 1602-1644. https://doi.org/10.1039/C5EE03858H
  4. Kavitha Karuppiah, Anuradha M Ashok. Review of proton- and oxide-ion-conducting perovskite materials for SOFC applications // Nanomaterials and Energy. 2019. Vol. 8. № 1. P. 51-58. https://doi.org/10.1680/jnaen.18.00004
  5. Debe M.K. Electrocatalyst approaches and challenges automotive fuel cells // Nature. 2012. Vol. 486. P. 43-51. https://doi.org/10.1038/nature11115
  6. Navadol Laosiripojanaa, Wisitsree Wiyaratnb, Worapon Kiatkittipongc, Arnornchai Arpornwichanopd, Apinan Soottitantawatd, Suttichai Assabumrungratd Laosiripojana. Review on solid oxide fuel cell technology // Engineering Journal. 2009. Vol. 13. № 1. P. 65-82. https://doi.org/10.4186/ej.2009.13.1.65
  7. Fellipe Sartorida Silva, Teófilo Miguelde Souza. Novel materials for solid oxide fuel cell technologies: A literature review // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. № 41. P. 26020-26036. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2017.08.105
  8. Muneeb Irshad, Khurram Siraj, Rizwan Raza, Anwar Ali, Pankaj Tiwari, Bin Zhu, et al. A brief description of high temperature solid oxide fuel cells operation, materials, design, fabrication, technologies and performance // Applied Sciences. 2016. Vol. 6. P. 75. https://doi.org/10.3390/app6030075
  9. Bin Zhu, Peter Lund, Rizwan Raza, Janne Patakangas, Qiu-AnHuang, Liangdong Fan, et al. A new energy conversion technology based on nano-redox and nano-device processes // Nano Energy. 2013. Vol. 2. № 6. P. 1179-1185. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2013.05.001
  10. Harrison C.M., Slater P.R., Steinberger-Wilckens R. A review of Solid Oxide Fuel Cell cathode materials with respect to their resistance to the effects of chromium poisoning // Solid State Ionics. 2020. Vol. 354. № 115410. P. 1-81. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2020.115410
  11. Shuai Li, Xia Lu, Siqi Shi, Liquan Chen, Zhaoxiang Wang, Yusheng Zhao. Europium-Doped Ceria Nanowires as Anode for Solid Oxide Fuel Cells // Frontiers in Сhemistry. 2020. Vol. 8. № 348. P. 1-10. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00348
  12. Abdalla M. Abdalla, Shahzad Hossain, Atia T. Azad, Pg Mohammad I. Petra, Feroza Begum, Sten G. Eriksson, et al. Nanomaterials for solid oxide fuel cells: A review // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 82. P. 353-368. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.09.046
  13. Min Xu, Tingshuai Li, Ming Yang, Martin Andersson. Solid oxide fuel cell interconnect design optimization considering the thermal stresses // Science Bulletin. 2016. Vol. 61. № 17. P. 1333-1344. https://doi.org/10.1007/s11434-016-1146-3
  14. Guk E., Kim J.S., Ranaweera M., Venkatesan V., Jackson L. In-situ monitoring of temperature distribution in operating solid oxide fuel cell cathode using proprietary sensory techniques versus commercial thermocouples // Applied Energy. 2018. Vol. 230. P. 551-562. https://doi.org/10.1149/05802.0207ecst
  15. Brett D.J.L., Atkinson A., Brandon N.P., Skinner S.J. Intermediate temperature solid oxidefuelcells // Chemical Society Reviews. 2008. Vol. 37. № 8. P. 1568. https://doi.org/10.1039/b612060c
  16. Zhibin Yang, Mengyuan Guo, Ning Wang, Chaoyang Ma, Jingle Wang, Minfang Han. A short review of cathode poisoning and corrosion in solid oxide fuel cell // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. № 39. P. 24948-24959. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.08.057
  17. Zhenguo Yang, Scott Weil K., Dean M. Paxton, Jeff W. Stevenson. Selection and Evaluation of Heat-Resistant Alloys for SOFC Interconnect Applications // Journal of The Electrochemical Society. 2003. Vol. 150. № 9. https://doi.org/10.1149/1.1595659
  18. Spada M., Burgherr P., Rouell P.B. Comparative risk assessment with focus on hydrogen and selected fuel cells: Application to Europe // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43. № 19. P. 9470-9481. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.004
  19. Yan Cao, Yujia Wu, Leijie Fu, Kittisak Jermsittiparsert, Navid Razmjooy. Multi-objective optimization of a PEMFC based CCHP system by meta-heuristics // Energy Reports. 2019. Vol. 5. P. 1551-1559. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.10.029
  20. Dudnik O.M., Sokolovska I.S. Results of organic fuel conversion at fuel cell test installation // Fuel Cell Technologies: State and Perspectives. 2005. Vol. 202. P. 163-174. https://doi.org/10.1007/1-4020-3498-9_15
  21. Zhan Gao, Liliana V. Mogni, Elizabeth C. Miller, Justin G. Railsback, Scott A. Barnett. A perspective on low-temperature solid oxide fuel cells // Energy & Environmental Science. 2016. Vol. 9. № 5. P. 1602-1644. https://doi.org/10.1039/C5EE03858H
  22. Kavitha Karuppiah, Anuradha M Ashok. Review of proton- and oxide-ion-conducting perovskite materials for SOFC applications // Nanomaterials and Energy. 2019. Vol. 8. № 1. P. 51-58. https://doi.org/10.1680/jnaen.18.00004
  23. Debe M.K. Electrocatalyst approaches and challenges automotive fuel cells // Nature. 2012. Vol. 486. P. 43-51. https://doi.org/10.1038/nature11115
  24. Navadol Laosiripojanaa, Wisitsree Wiyaratnb, Worapon Kiatkittipongc, Arnornchai Arpornwichanopd, Apinan Soottitantawatd, Suttichai Assabumrungratd Laosiripojana. Review on solid oxide fuel cell technology // Engineering Journal. 2009. Vol. 13. № 1. P. 65-82. https://doi.org/10.4186/ej.2009.13.1.65
  25. Fellipe Sartorida Silva, Teófilo Miguelde Souza. Novel materials for solid oxide fuel cell technologies: A literature review // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. № 41. P. 26020-26036. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2017.08.105
  26. Muneeb Irshad, Khurram Siraj, Rizwan Raza, Anwar Ali, Pankaj Tiwari, Bin Zhu, et al. A brief description of high temperature solid oxide fuel cells operation, materials, design, fabrication, technologies and performance // Applied Sciences. 2016. Vol. 6. P. 75. https://doi.org/10.3390/app6030075
  27. Bin Zhu, Peter Lund, Rizwan Raza, Janne Patakangas, Qiu-AnHuang, Liangdong Fan, et al. A new energy conversion technology based on nano-redox and nano-device processes // Nano Energy. 2013. Vol. 2. № 6. P. 1179-1185. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2013.05.001
  28. Harrison C.M., Slater P.R., Steinberger-Wilckens R. A review of Solid Oxide Fuel Cell cathode materials with respect to their resistance to the effects of chromium poisoning // Solid State Ionics. 2020. Vol. 354. № 115410. P. 1-81. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2020.115410
  29. Shuai Li, Xia Lu, Siqi Shi, Liquan Chen, Zhaoxiang Wang, Yusheng Zhao. Europium-Doped Ceria Nanowires as Anode for Solid Oxide Fuel Cells // Frontiers in Сhemistry. 2020. Vol. 8. № 348. P. 1-10. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00348
  30. Abdalla M. Abdalla, Shahzad Hossain, Atia T. Azad, Pg Mohammad I. Petra, Feroza Begum, Sten G. Eriksson, et al. Nanomaterials for solid oxide fuel cells: A review // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 82. P. 353-368. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.09.046
  31. Min Xu, Tingshuai Li, Ming Yang, Martin Andersson. Solid oxide fuel cell interconnect design optimization considering the thermal stresses // Science Bulletin. 2016. Vol. 61. № 17. P. 1333-1344. https://doi.org/10.1007/s11434-016-1146-3
  32. Guk E., Kim J.S., Ranaweera M., Venkatesan V., Jackson L. In-situ monitoring of temperature distribution in operating solid oxide fuel cell cathode using proprietary sensory techniques versus commercial thermocouples // Applied Energy. 2018. Vol. 230. P. 551-562. https://doi.org/10.1149/05802.0207ecst
  33. Brett D.J.L., Atkinson A., Brandon N.P., Skinner S.J. Intermediate temperature solid oxidefuelcells // Chemical Society Reviews. 2008. Vol. 37. № 8. P. 1568. https://doi.org/10.1039/b612060c
  34. Zhibin Yang, Mengyuan Guo, Ning Wang, Chaoyang Ma, Jingle Wang, Minfang Han. A short review of cathode poisoning and corrosion in solid oxide fuel cell // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. № 39. P. 24948-24959. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.08.057
  35. Zhenguo Yang, Scott Weil K., Dean M. Paxton, Jeff W. Stevenson. Selection and Evaluation of Heat-Resistant Alloys for SOFC Interconnect Applications // Journal of The Electrochemical Society. 2003. Vol. 150. № 9. https://doi.org/10.1149/1.1595659
  36. Spada M., Burgherr P., Rouell P.B. Comparative risk assessment with focus on hydrogen and selected fuel cells: Application to Europe // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43. № 19. P. 9470-9481. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.04.004

Файлы:

Язык
RuEn
Количество скачиваний:142187