Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » خلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC)

خلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC)

1940
  • Emil Baur
  • H. Preis
نظام خلايا الوقود الصلبة في تطبيقات تكنولوجيا الطاقة الصناعية.

(صورة تم إنشاؤها للتوضيح فقط)

أكسيد صلب خلية الوقود تستخدم خلايا الوقود الصلبة (SOFC) مادة خزفية صلبة غير مسامية، عادةً ما تكون زركونيا مثبتة بالإيتريوم (YSZ)، كإلكتروليت. تعمل هذه الخلايا عند درجات حرارة عالية جدًا، تتراوح بين 500 و1000 درجة مئوية. تتيح هذه الحرارة العالية مرونة في استخدام أنواع الوقود المختلفة، مما يسمح بالاستخدام المباشر للهيدروكربونات مثل الغاز الطبيعي، ويُغني عن الحاجة إلى محفزات المعادن باهظة الثمن من مجموعة البلاتين.

In an SOFC, the charge carrier through the electrolyte is the oxide ion ([latex]O^{2-}[/latex]). At the cathode, oxygen molecules from the air are reduced by incoming electrons from the external circuit to form oxide ions: [latex]O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-}[/latex]. These oxide ions are then transported through the dense ceramic electrolyte to the anode. At the anode, the oxide ions oxidize the fuel. For hydrogen fuel, the reaction is [latex]H_2 + O^{2-} \rightarrow H_2O + 2e^-[/latex]. The released electrons travel through the external circuit to the cathode, completing the circuit and generating electricity.

تُعدّ درجة حرارة التشغيل العالية ميزةً وتحديًا في آنٍ واحد. فهي تُسهّل حركية التفاعل السريع دون الحاجة إلى محفزات المعادن الثمينة، وتسمح بالإصلاح الداخلي للوقود الهيدروكربوني مباشرةً عند الأنود، مما يُبسّط تصميم النظام. يُمكن التقاط حرارة العادم عالية الجودة لتوليد الطاقة المشترك (CHP)، مما يُؤدي إلى كفاءة إجمالية للنظام تتجاوز 80%. ومع ذلك، تُشكّل درجات الحرارة العالية أيضًا تحدياتٍ كبيرة في علوم المواد، إذ تتطلب سيراميكًا قويًا ووصلاتٍ داخليةً قادرةً على تحمّل الدورات الحرارية ومنع التدهور. ويؤدي هذا أيضًا إلى أوقات بدء تشغيل طويلة، مما يجعل خلايا الوقود الهيدروجينية الصلبة (SOFCs) أكثر ملاءمةً لتوليد الطاقة المستمر بدلًا من التطبيقات التي تتطلب دورات تشغيل وإيقاف متكررة.

UNESCO Nomenclature: 3305
تكنولوجيا الطاقة

يكتب

الجهاز المادي

الاضطراب

كبير

الاستخدام

متخصصة/متخصصة

السلائف

  • اختراع مصباح نيرنست بواسطة فالتر نيرنست (1897)، والذي استخدم إلكتروليت سيراميكي صلب (YSZ)
  • اكتشف ويليام جروف (1838) مبدأ خلية الوقود الأساسية
  • التطورات في علم السيراميك والمواد ذات درجات الحرارة العالية

التطبيقات

  • توليد الطاقة الثابتة على نطاق واسع للمباني الصناعية والتجارية
  • أنظمة توليد الحرارة والطاقة المشتركة (CHP)، باستخدام الحرارة المهدرة عالية الجودة
  • وحدات الطاقة المساعدة (APUs) للمركبات مثل الشاحنات طويلة المدى
  • دعم الشبكة وتوليد الطاقة الموزعة
  • التطبيقات العسكرية وتطبيقات الطاقة عن بعد

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارات محتملة

بسبب عمليات جمع البيانات من خلال برامج الروبوت، والتي تتجاوز حاليًا 40 ألفًا يوميًا، فإن هذا المحتوى مخصص لأعضاء المجتمع فقط.
> تسجيل الدخول < أو > سجل < (مجاني 100٪) للوصول إلى هذا، وكذلك جميع المحتويات والأدوات الأخرى المقيدة.

ذات صلة بـ: خلايا الوقود الصلبة، أكسيد صلب، إلكتروليت سيراميكي، YSZ، درجات حرارة عالية، مرونة الوقود، التوليد المشترك، التوليد المشترك للطاقة والحرارة، الطاقة الثابتة، الإصلاح الداخلي.

السياق التاريخي

خلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC)

1940
1940
1940
1940
1948
1950
1950
1940
1940
1940
1940
1945-01-01
1949
1950
1950

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

الاختراع والابتكار والمبادئ التقنية ذات الصلة

الصور بالحجم الكامل والتنزيلات متاحة فقط 100% مجاناً للأعضاء المسجلين.