توسعه پيلسوختي اكسيد جامد (SOFC) از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در حال حاضر بالاترين دما را در ميان انواع پيلسوختي دارد. محدوده دماي عملكرد این پیل600 - 1000 درجه سانتيگراد است و به همين دليل از انواع سوختها در آن ميتوان استفاده نمود. اين پيلسوختي دو ساختار صفحه اي و لولهاي دارد و از الكتروليت جامد سراميكي نازكي به جاي الكتروليت مايع استفاده ميشود.
در دماي عملكرد بالا در پيلسوختي اکسيد جامد يونهاي اكسيژن (با بار منفي) از شبكه كريستالي(عموماً ترکیبی از اکسید زیرکنیم و اکسید کلسیم) عبور ميكنند. در كاتد ملكولهاي اكسيژن هوا با چهار الكترون تركيب ميشوند. وقتي يك سوخت گازي حاوي هيدروژن از آند عبور كند، يك جريان شارژ شده منفي شامل يونهاي اكسيژن از الكتروليت عبور ميكند تا سوخت را اكسيد كنند. الكترون هاي ايجاد شده در آند از يك مدار خارجي عبور مي كنند و به كاتد مي روند. با اين كار مدار الكتريكي كامل شده و انرژي برق توليد ميشود. پيلهاي سوختي اكسيد جامد نياز به مبدل خارجي ندارند. واكنشهاي پيلسوختي اكسيد جامد به صورت زير است:
واكنش آند
2 H2 + 2 O2- => 2 H2O + 4 e-
واكنش كاتد
O2 + 4 e- => 2 O2-
واكنش كلي پيل
2 H2 + O2 => 2 H2O
پيلسوختي اكسيد جامد راندماني در حدود 60-45 درصد دارد و ميزان دانسيته توان توليدي در اين نوع پيلسوختي 300-240 است. طول عمر اين نوع پيلسوختي بيش از 40000 ساعت است. ترکيب این نوع پيلسوختي با يک توربين بازده کلي را به 70% افزايش مي دهد.
با توجه به دماي بالاي کارکرد پيلسوختي اکسيد جامد، کاربردهاي نيروگاهي اين نوع پيلسوختي بيشتر مدنظر است. دماي بالاي کارکرد يک سري مزاياي ويژه را براي اين نوع پيلسوختي به همراه ميآورد. اين مزايا عبارتند از:
- تنوع در سوخت مورد استفاده(گازي نمودن ذغال، گازهاي حاصل از فرايندهاي صنعتي و ساير منابع)
- امکان تبديل مستقيم سوختهاي هيدروکربني بدون نياز به مبدل سوخت
- راندمان بالا
- امکان به کارگيري در مولدهاي تواان برق و حرارت(بازيافت حرارتي جهت گرم نمودن فضا و يا توربين بخار جهت ايجاد برق)
دماي بالاي کارکرد پيلسوختي اکسيد جامد و نياز به مواد گرانقيمت تنوع کاربردها را در اين پيلسوختي محدود ميکند ولی از طرف ديگر با افزايش دماي کارکرد امکان تبديل سوخت در داخل پيلسوختي ميسر شده و امکان بهرهبرداری موثر از انرژي گرمايي توليد شده نيز بوجود ميآيد.
با توجه به دماي بالاي کارکرد پيلسوختي اکسيدجامد، اين نوع پيلسوختي در نيروگاههاي بزرگ توليد برق و هم چنين نيروگاههاي سيكل تركيبي مورد استفاده قرار ميگيرد.
بروزرسانی : پنج شنبه 21 آذر 1387 ساعت: 23:58