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Célula de combustível de óxido sólido (SOFC)

1940
  • Emil Baur
  • H. Preis
Sistema de célula de combustível de óxido sólido em aplicação de tecnologia de energia industrial.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um óxido sólido Célula de combustível As células a combustível de óxido sólido (SOFCs) utilizam um material cerâmico sólido e não poroso, tipicamente zircônia estabilizada com ítria (YSZ), como eletrólito. As SOFCs operam em temperaturas muito elevadas, variando de 500 a 1.000 °C. Essa alta temperatura permite flexibilidade de combustível, possibilitando o uso direto de hidrocarbonetos como o gás natural e eliminando a necessidade de catalisadores caros de metais do grupo da platina.

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.

A alta temperatura de operação representa tanto uma vantagem quanto um desafio. Ela facilita a cinética de reação rápida sem a necessidade de catalisadores de metais preciosos e permite a reforma interna de combustíveis de hidrocarbonetos diretamente no ânodo, simplificando o projeto do sistema. O calor residual de alta qualidade pode ser aproveitado para cogeração (CHP), resultando em eficiências gerais do sistema superiores a 80%. No entanto, as altas temperaturas também criam desafios significativos em termos de ciência dos materiais, exigindo cerâmicas e interconexões robustas que suportem ciclos térmicos e evitem a degradação. Isso também resulta em longos tempos de inicialização, tornando as SOFCs mais adequadas para geração contínua de energia do que para aplicações que exigem ciclos frequentes de liga/desliga.

UNESCO Nomenclature: 3305
Tecnologia energética

Tipo

Dispositivo físico

Interrupção

Substancial

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • invention of the Nernst lamp by Walther Nernst (1897), which used a solid ceramic electrolyte (YSZ)
  • Princípio básico da célula de combustível descoberto por William Grove (1838)
  • avanços na ciência cerâmica e materiais de alta temperatura

Aplicações

  • Geração de energia estacionária em larga escala para edifícios industriais e comerciais
  • Sistemas de cogeração (CHP), que utilizam calor residual de alta qualidade.
  • unidades de potência auxiliares (APUs) para veículos como caminhões de longa distância
  • Suporte à rede e geração de energia distribuída
  • aplicações militares e de energia remota

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: SOFC, óxido sólido, eletrólito cerâmico, YSZ, alta temperatura, flexibilidade de combustível, cogeração, CHP, energia estacionária, reforma interna.

Contexto histórico

Célula de combustível de óxido sólido (SOFC)

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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