ఘన ఆక్సైడ్ ఇంధన సెల్ (SOFC) యొక్క ప్రాథమిక కూర్పు

A యొక్క ప్రధాన భాగాలుఒకే ఇంధన సెల్ఎలక్ట్రోలైట్, ఒకమూర్తి 1.5 లో చూపిన విధంగా ODE, కాథోడ్ మరియు ఇంటర్‌కనెక్ట్ లేదా బైపోలార్ సెపరేటర్.

తయారుచేసే వివిధ భాగాల పదార్థాలుఇంధన సెల్రసాయన స్థిరత్వం, క్రిస్టల్ స్థిరత్వం మరియు బాహ్య కొలతలు యొక్క స్థిరత్వంతో సహా ఆక్సీకరణ మరియు (లేదా) వాతావరణాలను తగ్గించడంలో మంచి స్థిరత్వం ఉండాలి; ఒకదానితో ఒకటి రసాయన అనుకూలత; తగిన విద్యుత్ వాహకత మరియు ఇలాంటి ఉష్ణ విస్తరణ గుణకాలు. అదే సమయంలో, దిఎలక్ట్రోలైట్మరియు ఇంధన వాయువు మరియు ఆక్సిజన్ చొచ్చుకుపోవటం మరియు కలపడం నివారించడానికి ఇంటర్‌కనెక్ట్ పూర్తిగా దట్టంగా ఉండాలి; ప్రతిచర్య సైట్‌కు గ్యాస్ చొచ్చుకుపోవడాన్ని సులభతరం చేయడానికి యానోడ్ మరియు కాథోడ్ పోరస్ ఉండాలి. ఇంధన కణం యొక్క వివిధ భాగాల యొక్క నిర్దిష్ట అవసరాలు టేబుల్ 1.6 లో చూపబడ్డాయి.

I. ఎలక్ట్రోలైట్ పదార్థాలు

ఎలక్ట్రోలైట్ ఇన్SOFCబ్యాటరీ యొక్క ప్రధాన భాగం, మరియు సాధారణంగా ఇది ఆక్సైడ్ సిరామిక్స్‌తో తయారు చేయబడింది, అనగా, సిన్టెడ్ సాలిడ్ సొల్యూషన్ ఎలక్ట్రోలైట్-పూర్తిగా స్థిరీకరించబడిన ZRO2. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క పనితీరు బ్యాటరీ యొక్క ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత మరియు పనితీరును నేరుగా నిర్ణయిస్తుంది.

1000 at వద్ద స్వచ్ఛమైన ZRO2 యొక్క నిరోధకత 107 ω/cm, ఇది ఇన్సులేటింగ్ పదార్థాలకు దగ్గరగా ఉంటుంది. ప్రస్తుతం, SOFC లో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్న ZRO2 ఆధారంగా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు, Zr^(4+) యొక్క స్థానాన్ని తక్కువ-వాలెంట్ మెటల్ అయాన్లతో భర్తీ చేయడానికి కొన్ని డైవాలెంట్ లేదా ట్రివాలెంట్ ఆక్సైడ్లను డోప్ ZRO2 కు ఉపయోగిస్తాయి. తత్ఫలితంగా, ZRO2 (ఫ్లోరైట్ నిర్మాణం) గది ఉష్ణోగ్రత నుండి అధిక ఉష్ణోగ్రత (1000 ℃) వరకు స్థిరమైన దశ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉండటమే కాకుండా, పరిహారం ఛార్జ్ కారణంగా ఎక్కువ O^(2-) ఖాళీలు ఉత్పత్తి అవుతాయి, తద్వారా ZRO2 యొక్క అయానిక్ కండక్టివిటీ నుండి 10^(-2) s/cm వరకు పెరుగుతుంది, మరియు అదే సమయంలో ఆక్సైజ్ పార్ట్ ప్రెజర్. ఈ స్థిరీకరించిన ZRO2 లో, O^(2-) ఖాళీలను ఒక మాధ్యమంగా ఉపయోగిస్తారు, అనగా, ఖాళీ విధానం O^(2-) వాహకత చూపించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

ప్రస్తుతం, ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఉపయోగించే అత్యంత సాధారణ పదార్థం Y2O3- స్టెబిలిజ్డ్ ZRO2 (YSZ గా సంక్షిప్తీకరించబడింది), ఆక్సిజన్ పాక్షిక పీడనం పది ఆర్డర్‌ల కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో మారినప్పుడు అయాన్ వాహకత గణనీయంగా మారదు. ప్రస్తుతం, తగిన నటనతో వైయస్జ్ చిత్రాన్ని ఎలా సిద్ధం చేయాలి అనేది ప్రజల పరిశోధనలో హాట్ స్పాట్ మరియు ఇబ్బంది.

Ii. యానోడ్ పదార్థం

SOFC యొక్క ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం మొదట aఉత్ప్రేరకం. యానోడ్ పదార్థానికి అధిక ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత, తగ్గించే వాతావరణంలో స్థిరత్వం మరియు మంచి గాలి పారగమ్యత అవసరం. అందువల్ల, ప్లాటినం సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది, కానీ ప్లాటినం ఖరీదైనది. నికెల్ మరియు కోబాల్ట్ వంటి లోహ పదార్థాల ఉపయోగం థర్మల్ విస్తరణ అసమతుల్యత మరియు సంశ్లేషణ సమస్యలకు కారణమవుతుంది మరియు దీర్ఘకాలిక అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్ కూడా దాని సచ్ఛిద్రతను తగ్గిస్తుంది. ప్రస్తుత పరిశోధన దిశ మెటల్ సిరామిక్స్‌ను యానోడ్ పదార్థాలుగా ఉపయోగించడం, మరియు మరింత అనువైనది ని-కాంపోజిట్ YSZ. సహేతుకమైన ప్రక్రియలను అధ్యయనం చేయడం మరియు తగిన పనితీరుతో NI-ESZ మిశ్రమ పదార్థాలను సిద్ధం చేయడం ప్రధాన పని.

Iii. కాథోడ్ పదార్థం

యొక్క కాథోడ్SOFCయానోడ్ మాదిరిగానే ఉంటుంది మరియు పోరస్ ఎలక్ట్రానిక్ కండక్టివ్ ఫిల్మ్ కూడా ఉండాలి. బ్యాటరీ యొక్క కాథోడ్ అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఆక్సిడైజింగ్ వాతావరణంలో పనిచేస్తుంది మరియు ఎలక్ట్రాన్లను బదిలీ చేయడం మరియు ఆక్సిజన్‌ను ప్రసారం చేయడం వంటి పాత్రను పోషిస్తుంది కాబట్టి, కాథోడ్ పదార్థం యొక్క అవసరాలు సాపేక్షంగా కఠినమైనవి. కాథోడ్ పదార్థంలో అధిక విద్యుత్ వాహకత, అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఆక్సీకరణ నిరోధకత మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ స్థిరత్వం ఉండాలి మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌తో రసాయనికంగా స్పందించకూడదు. సాంప్రదాయిక పదార్థం మెటల్ ప్లాటినం, మరియు ఇటీవలి అభివృద్ధి డోప్డ్ ఆక్సైడ్ సెరామిక్స్ - లామ్నో 3. SOFC యొక్క కాథోడ్ పదార్థంగా, LA1-XSR XMNO3 ఇష్టపడే కాథోడ్ పదార్థం అని పెద్ద సంఖ్యలో ప్రయోగాలు నిరూపించాయి.

Iv. కనెక్టర్ పదార్థం

ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు కలిసి మూడు-ఇన్-వన్ సింగిల్ బ్యాటరీ యూనిట్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. ఒకే బ్యాటరీ యొక్క శక్తి పరిమితం మరియు సుమారు 1V యొక్క వోల్టేజ్‌ను మాత్రమే ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అధిక-శక్తి బ్యాటరీ ప్యాక్ పొందటానికి, అనేక సింగిల్ బ్యాటరీలను వివిధ మార్గాల్లో (సిరీస్, సమాంతర మరియు మిశ్రమ) అనుసంధానించాలి, దీనికి కనెక్టర్ పదార్థాలు మరియు సీలింగ్ పదార్థాలు అవసరం. SOFC లో, కనెక్టర్ భాగం మంచి ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉండాలి. ప్రస్తుతం, పెరోవ్‌స్కైట్ నిర్మాణంతో లాంతనం క్రోమేట్ (లాక్రో 3) వంటి కొన్ని ఆక్సైడ్లను మాత్రమే SOFC కనెక్టర్ పదార్థాలుగా ఉపయోగించవచ్చు. SOFC కనెక్టర్ పదార్థాలుగా ఉపయోగించే అధిక-ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమ పదార్థాలు కూడా ఒక పరిశోధన హాట్‌స్పాట్.

వి. సీలింగ్ మెటీరియల్స్ మరియు ఇతరులు

ఎలక్ట్రోలైట్ పదార్థాలు మరియు కనెక్టర్ పదార్థాలను కలిసి అనుసంధానించడానికి సీలింగ్ పదార్థాలు ఉపయోగించబడతాయి. అవి అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు నిరోధకతను కలిగి ఉండాలి. బ్యాటరీ ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రత (700 ~ 1000 ℃) కింద, అవి సాధారణంగా గ్లాస్-సిరామిక్ మిశ్రమ ద్రవీభవన ద్వారా తయారు చేయబడతాయి. అదనంగా, ఇతర సహాయక పదార్థాలు అవసరం, కొరండం గొట్టాలు ఆక్సిజన్ గ్యాస్ గదులుగా మరియు క్వార్ట్జ్ గొట్టాలు ఇంధన వాయువు గదులుగా. అవన్నీ ఎయిర్ ఇన్లెట్స్ మరియు అవుట్లెట్లు కలిగి ఉన్నాయి మరియు మూసివేయబడాలి మరియు కనెక్ట్ కావాలి.

Vi. సింగిల్ సెల్ అసెంబ్లీ

పెద్ద-స్థాయి SOFC అనేది వివిధ నిర్మాణాలలో పేర్చబడిన ఒకే కణాలతో కూడిన బ్యాటరీ ప్యాక్. ప్రస్తుతం, గొట్టపు, సీరియల్, బ్లాక్ మరియు ఫ్లాట్‌తో సహా నాలుగు రకాల బ్యాటరీ ప్యాక్‌లు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో, వ్యక్తిగత ఇంధన కణాలు సిరీస్‌లో మరియు/లేదా నిర్దిష్ట అనువర్తనాలను తీర్చడానికి బ్యాటరీ ప్యాక్‌ను రూపొందించడానికి సమాంతరంగా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.

మూర్తి 1.5 లో చూపిన ఒకే ఇంధన కణంలో, యానోడ్, ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు కాథోడ్ మూడు-ఇన్-వన్ కాంపోజిట్ స్ట్రక్చర్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. వాస్తవ పరిశోధన మరియు ప్రాసెసింగ్‌లో, నాలుగు వేర్వేరు నిర్మాణ రకాలు ఏర్పడ్డాయి: తక్కువ గొట్టపు రూపకల్పన, సెగ్మెంటెడ్-సెల్-ఇన్-సెరీస్ డిజైన్, మోనోలిథిక్ డిజైన్ మరియు ఫ్లాట్-ప్లేట్ డిజైన్‌ను మూసివేయండి. నిర్మాణాత్మక స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం మూర్తి 1.6 లో చూపబడింది.