Sel Bahan Api Oksida Pepejal (SOFC) beroperasi pada suhu yang lebih tinggi daripada sel bahan api karbonat cair, dengan suhu kerja antara 800 hingga 1000 darjah . Dalam jenis sel bahan api ini, daya gerak elektrik berasal daripada tekanan separa oksigen yang berbeza pada kedua-dua belah sel. Sel individu terdiri daripada dua elektrod (elektrod bahan api sebagai elektrod negatif dan elektrod oksidan sebagai elektrod positif) dan elektrolit. Fungsi utama anod dan katod adalah untuk mengalirkan elektron dan menyediakan laluan resapan untuk gas tindak balas dan gas produk.
Elektrolit pepejal memisahkan gas di kedua-dua belah. Disebabkan oleh tekanan separa oksigen yang berbeza pada kedua-dua belah, kecerunan potensi kimia oksigen terhasil. Di bawah pengaruh kecerunan potensi kimia ini, ion oksigen yang telah memperoleh elektron pada katod bergerak ke arah anod melalui elektrolit pepejal. Di anod, elektron dilepaskan, mewujudkan potensi voltan antara dua kutub.
Sel Bahan Api Oksida Pepejal (SOFC) disebut-sebut sebagai generasi ketiga sel bahan api, dengan oksida logam pepejal dan tidak berliang sebagai elektrolit, yang melaluinya ion oksigen berpindah dalam kristal untuk mengangkut ion. Teknologi kini telah mencapai tahap matang. Walau bagaimanapun, disebabkan bilangan bahan yang terhad yang mampu beroperasi pada suhu tinggi dan kosnya yang tinggi, terdapat peralihan ke arah pembangunan sel bahan api suhu pertengahan.
Prinsip
Apabila Sel Bahan Api Oksida Pepejal (SOFC) beroperasi dengan gas pemformatan semula (campuran hidrogen dan CO) sebagai bahan api, tindak balas berikut berlaku dalam sel bahan api:
Pada katod, molekul oksigen mendapat elektron dan dikurangkan kepada ion oksigen, iaitu,
O2+4e−→2O2−
Di bawah pengaruh beza keupayaan dan daya penggerak kepekatan pada kedua-dua belah membran elektrolit, ion oksigen, melalui kekosongan oksigen dalam membran elektrolit, menjalani peralihan terarah ke sisi anod dan terlibat dalam tindak balas pengoksidaan dengan bahan api, iaitu,
H2+O2-→H2O+2e-
CO+O2-→CO2+2e-
Reaksi Keseluruhan:
H2+CO+O2→CO2+H2O
gubahan
Untuk memenuhi fungsi menukar tenaga elektrik dengan lancar, timbunan SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) harus mengandungi komponen berikut:
(1) Peranti penukaran elektrokimia yang terdiri daripada elektrolit pepejal dan kedua-dua katod dan anod. Antara bahan elektrolit, zirkonia terstabil yttria adalah yang paling matang dibangunkan.
(2) Pembaharu bahan api. Peranti ini termasuk pemangkin, pembawa dan bekas. Ia menukarkan bahan api kepada molekul gas kecil, seperti metana, dan diletakkan di hujung hadapan timbunan sel untuk menukar haba yang dijana semasa operasi sel bahan api.
(3) Saluran pengangkutan gas dan bahan api (atau pengedar gas). Logam biasanya digunakan sebagai bahan konduit untuk memastikan resapan dan pengangkutan bahan tindak balas yang optimum.
(4) Pengumpul arus, juga dikenali sebagai berus elektrik, biasanya diperbuat daripada logam atau bahan dengan kekonduksian elektronik yang baik, adalah penting untuk pengaliran yang cekap.
(5) Penderia. Pelbagai sensor yang tersedia secara komersial boleh digunakan untuk memantau suhu, arus, jenis kompaun dan voltan keluaran sel.
(6) Peranti kawalan terma, seperti lapisan penebat, penyejuk, penukar haba dan sistem pengudaraan.
(7) Perumahan logam atau kaca-seramik. Bahan yang boleh digunakan pada suhu bilik, seperti keluli tahan karat 304, digunakan. Bahan tahan suhu tinggi diperlukan untuk sentuhan dalaman dengan SOFC, menjadikan aloi logam komersial sesuai untuk mengurangkan kos pembuatan.
Ciri-ciri
Sel Bahan Api Oksida Pepejal (SOFC) ialah jenis sel bahan api yang ideal, bukan sahaja memiliki kecekapan tinggi dan kelebihan mesra alam daripada sel bahan api lain tetapi juga menampilkan ciri-ciri menonjol berikut:
(1) SOFC mempunyai struktur pepejal sepenuhnya, menghapuskan isu kakisan dan masalah kehilangan elektrolit yang berkaitan dengan penggunaan elektrolit cecair, menawarkan potensi untuk operasi jangka panjang.
(2) Beroperasi pada suhu antara 800 dan 1000 darjah , SOFC bukan sahaja menghapuskan keperluan untuk pemangkin logam berharga tetapi juga boleh secara langsung menggunakan gas asli, syngas dan hidrokarbon sebagai bahan api, memudahkan sistem sel bahan api.
(3) SOFC mengeluarkan haba sisa suhu tinggi, yang boleh digunakan dalam kitaran gabungan dengan turbin gas atau turbin stim, meningkatkan kecekapan penjanaan kuasa secara keseluruhan dengan ketara.
