Кафедра ВЭПТ

1. «Твердооксидные топливные элементы» Кафедра ВЭПТ Лекция 2 Тема: Твердооксидные электролиты для высокотемпературных топливных элементов.

2. Основные составляющие твердооксидных топливных элементов Биполярная пластина или межэлементное соединение

3. Требования к электролиту • должен быть механически прочным и химически стойким при высоких температурах, • не вредить электродам, • иметь максимальную ионную и минимальную электронную проводимости, • быть беспористым. • Падение напряжения на электролите должно быть минимальным и обусловливаться только омическим сопротивлением (для этого толщина электролита и контактное сопротивление между электродом и электролитом не должны быть слишком большими, т. е. необходимо применять тонкую электролитную пластину и добиться надежного устойчивого контакта между электродом и электролитом). • число переноса для кислородного иона, который образуется на катоде и затем транспортируется к аноду, должно быть как можно ближе к единице.

4. Требования к электролиту • Содержать минимальное количество примесей т.к. существенное влияние на снижение электропроводности оказывает образование стабильных "ловушек" для кислородных вакансий • Из соображения экономичности температура, при которой достигается достаточная проводимость, и стоимость материала электролита (и электродов) не должны быть слишком высокими.

5. Таблица 2.1. Свойства материалов ТОТЭ. * Прочность на разрыв.

6. Влияние размера зерна на электропроводность электролита. Рис. 1. Зависимость электропроводности электролита, имеющего состав 5.7 мол. % Y2O3-ZrO2, от среднего размера зерна при различных температурах.

7. Влияние размера зерна на электропроводность электролита. Рис. 2. Схема расположения зерен.

8. Влияние легирующей примеси на электропроводность электролита. Fig. 2. Composition dependence of the electrical conductivity at 1000°C for ZrO2-M2O3 systems (M=Lanthanide).

9. Влияние температуры на электропроводность электролита. Рис. 3. Зависимость проводимости YSZ от температуры.

10. Ионная проводимость материалов для электролита ТОТЭ. Рис. 4. Ионная проводимость материалов для электролита ТОТЭ. Данные для 800°C были измерены после выдержки при 1000°C в течение 1000 часов.

11. Некоторые физические свойства чистого стехиометрического СеО2. Таблица 2.

12. Таблица 3.

13. Таблица 4.

14. Typical performance curve of an alternate electrolyte-based (LSGM) short stack operated at 650°C. Fig. 5. Comparison of I/V curves of the LSGMC-5 cell using H2 and CH4/H2O for fuels at 650°C [12].

15. Рис. 6. Температурная зависимость проводимости наиболее важных твердых электролитов.

16. Таблица 5. Преимущества и недостатки возможных кандидатов на электролит ТОТЭ.

17. Fig. 9 Comparison of proton conduction in perovskite oxides.

18. ZrO2 Диоксид циркония существует в трёх кристаллических формах: стабильной моноклинной. метастабильной среднетемпературной тетрагональной, нестабильной высокотемпературной кубической. кубическая тетрагональная моноклинная

19. моноклинная тетрагональная кубическая