Z Wikipedii

Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem (z zestalonym elektrolitem tlenkowym), SOFC (ang. Solid Oxide Fuel Cell) - to rodzaj ogniwa paliwowego, wymagającego wysokiej temperatury pracy (ok. 600-1000°C). Ciepło uzyskiwane za pomocą tego ogniwa może być wykorzystane w kogeneracji. Początkowo znaczne wymiary, wysoka temperatura pracy i znaczny czas rozruchu ograniczają zastosowanie ogniw SOFC do rozwiązań do stałej zabudowy. Obecnie rozwój technologiczny pozwala na zastosowanie tego typu ogniw również w transporcie.

Obecnie produkcją ogniw tlenkowych zajmują się następujące firmy: Siemens (Niemcy), Rolls-Royce (Wielka Brytania), Ballard, Cummins & McDermott, Honeywell (USA), Sulzer Innotec (Szwajcaria), Topsoe Fuel Cell (Dania). Od 2004r. również i w Polsce produkuje się eksperymentalne ogniwa SOFC.

[edytuj] Budowa i zasada działania

Elektrolitem najczęściej obecnie stosowanym ogniwach SOFC jest tlenek cyrkonu (ZrO₂) domieszkowany tlenkiem itru (Y₂O₃), która w temperaturze powyżej 800°C ma włąściwości przewodnictwa jonów tlenowych. Ponadto materiał ten jest wystarczająco dobrym izolatorem z punktu widzenia przewodnictwa elektronowego, co zapobiega rozładowywaniu ładunku postałego pomiędzy elektrodami bezspośrednio poprzez elektrolit. Anodę w najczęściej spotykanych rozwiązaniach stanowi porowaty tzw. cermet niklowy (Ni-YSZ) lub kobaltowy (Co-YSZ). W rozwiązaniu tym a nikiel jest katalizatorem reakcji utleniania paliwa (wodoru) natomiast YSZ pelni dwojaką funkcję: pozwala dostosować rozszerzalność terminą anody oraz zapewni transport jonów tlenowych. katodę w obecnie najczęściej spotykanych rozwiązaniach stanowi perowskit (La,Sr)MnO₃. Paliwem w tych ogniwach może być CO, H₂ i węglowodory, np. CH₄.

W wielu laboratoriach na świecie poszukuje się wciąż nowych materiałów i rozwiązań mających usprawnić dzaiłanie ogniw SOFC.

Firmie Globalt (Kanada) udało się ponadto opracować elektrolit pracujący w niższej temperaturze (700°C), dzięki czemu można było zastosować, zamiast ceramicznej, stalową konstrukcję. Umożliwiło to poprawę szczelności i osiągnięcie hermetyczności ogniw. Dzięki temu stało się możliwe wykorzystanie energii cieplnej z tych ogniw do produkcji pary wodnej grzejnej lub napędzającej turbinę parową.

Etapy reakcji zachodzących w ogniwie są następujące:

Katoda:

Anoda:

Etapy pracy ogniwa:

1. - absorpcja cząsteczki tlenu na katodzie oraz 2 cząsteczek wodoru na anodzie,
2. - jonizacja 2 atomów tlenu na katodzie oraz jonizacja 4 atomów wodoru do 4 protonów na anodzie,
3. - migracja 2 anionów tlenu przez elektrolit od katody do anody,
4. - rekombinacja na anodzie 2 anionów tlenu i 4 protonów do 2 cząsteczek wody i jej wydalenie.

Ogniwa tlenkowe charakteryzują się następującymi zaletami: nie zawierają płynów, są dynamiczne i bardzo trwałe, mogą bowiem pracować ponad 13 000 godzin, a dzięki wysokiej temperaturze można przeprowadzić reforming paliwa (konwersje do wodoru) wewnątrz samego ogniwa, bez konieczności stosowania dodatkowych zespołów zewnętrznych ze specyficznymi i drogimi katalizatorami. W ogniwach tych nie jest również konieczny obieg CO₂, który jest nieodzowny w ogniwach węglanowych (MCFC).

Ogniwa tlenkowe mają też swoje wady, z których najważniejsze to: wysoka temperatura pracy, która wywołuje duże naprężenia mechaniczne i kłopoty z uszczelnianiem, duża oporność elektrolitu, która ma wpływ na zmniejszenie sprawności ogniwa.

[edytuj] Bibliografia

• Lewandowski, Witold M. Proekologiczne odnawialne źródła energii. WNT, W-wa 2006

[edytuj] Zobacz też

• technologie wodorowe