PRACOWNIA NIEKONWENCJONALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego

Elektroliyer SOEC (Solid Oxide Electrolytic Cell)

Zasada działania

Pierwsze próby wykorzystania ceramicznego ogniwa SOFC jako elektrolizera podjął niemiecki projekt badawczy Hot Elly w 1975r. Ograniczone wówczas możliwości techniczne stałotlenkowych ogniw paliwowych, a co się z tym wiąże wysokie koszty wytworzenia wodoru, spowodowały zakwalifikowanie tego rozwiązania jako ciekawostkę naukową. Obecnie, w związku z rozwojem technologii materiałowych można zaobserwować wzmożone zainteresowanie tym tematem, jednostek badawczych na całym świecie.

Idea wysokotemperaturowej elektrolizy, wykorzystuje odwracalność stałotlenkowych ogniw paliwowych SOFC. Dostarczenie energii elektrycznej do ogniwa powoduje rozkład wody na wodór i tlen. W wyniku różnicy potencjałów pomiędzy anodą i katodą zachodzą reakcje chemiczne, przy udziale wysokiej zawartości pary wodnej oraz stężenia tlenu, które prowadzą do dysocjacji tlenu na katodzie (powstają jony O2-). Jony tlenu przemieszczają się pod wpływem zewnętrznego gradientu ciśnienia tlenu w kierunku anody.
Proces elektrolizy zachodzący w wysokich temperaturach wymaga dużo mniejszych nakładów energetycznych oraz umożliwia wykorzystanie energii cieplnej, co powoduje znaczne zwiększenie sprawności układu.

Reakcje zachodzące na katodzie Н2О +2е = Н2 + О2-
Reakcje zachodzące na anodzie О2- = 1/2О2 + 2е

Zastosowania

Elektroliza wody jest metodą gwarantującą wysoką czystość wodoru, umożliwiającą wykorzystanie zasobów naturalnych nie kopalnych i energii pochodzącej z odnawialnych źródeł. Dodatkowo wytwarzanie wodoru daje szerokie możliwości magazynowania energii np. w postaci paliwa gazowego w butlach ciśnieniowych lub wodorkach metali. Wodór i tlenek węgla jako podstawowe składniki gazu syntezowego (tzw. syngaz) mogą zostać wykorzystywane również do produkcji węglowodorów ciekłych w syntezie Fischera–Tropscha (tzw. benzyna syntetyczna). Zdolność magazynowania energii za pomocą wodoru jest niesłychanie ważna z punktu widzenia obecnie pracujących, tradycyjnych elektrowni, ponieważ popyt na energię jest nierówny i spada w godzinach nocnych. Okresowe spadki popytu energetycznego można wykorzystać m.in. do produkcji paliw syntetycznych lub magazynowania energii w postaci wodoru.

Zakres prowadzonych badań:

Prowadzone są badania nad opracowaniem nowych materiałów na wysokotemperaturowe elektrolity ceramiczne do zastosowania w elektrolizerach SOEC. Wykonujemy badania składu i struktury oraz pomiary stało- i zmiennoprądowe wykonanych elektrolitów. Prowadzimy również badania stabilności termodynamicznej elektrolitów w zadanych atmosferach. Wykonujemy pomiary parametrów pracy (elektrycznych, gazowych) opracowywanych prototypowych konstrukcji elektrolizerów SOEC.

IEL/OW 2000-2012