Pin nhiên liệu trên cơ sở oxid rắn

[aqhl]

Năm 1962, các nhà khoa học J. Weissbart và R. Ruka của công ty Siemens Westinghouse lần đầu tiên công bố tính khả thi của quá trình tạo điện năng từ solid electrolyte fuel cell. Trải qua hơn 40 năm nghiên cứu và phát triển, Siemens Westinghouse đã xây dựng và test thử nhà máy điện SOFC ở Hà Lan và cho kết quả khả quan. Kết quả tương tự cũng thu được của công ty Ceramic Fuel Cells, Úc. Gần đây Siemens Westinghouse đã tung ra sản phẩm tiền thương mại (pre-commercial) SOFC với công suất 125kW.



Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của SOFC



3 tấm vật liệu cathod, anod, electrolyte được ghép lại với nhau. Bên buồng cathod, khí O2 đi vào và bị khử ở điện cực cathod tạo ion O2-. Ion này được dẫn qua lớp electrolyte (chất điện ly dẫn oxy) và đến điện cực anod. Tại anod, dòng nhiên liệu (H2, CO, hydrocarbon) sẽ phản ứng với O2- tạo nước, CO2 và giải phóng electron. Electron di chuyển từ anod sang cathod, tạo ra dòng điện. Nhiệt độ hoạt động của SOFC khoảng 700-1000oC.



Nếu electrolyte (chất điện ly) là chất dẫn proton, H2 bên anod sẽ bị oxid hóa ở điện cực tạo H+ và electron. H+ được dẫn qua electrolyte đến cathod. Tại cathod H+ phản ứng với O2 + elcetron tạo nước. Electron di chuyển từ anod sang cathod tạo dòng điện.



Một số kiểu thiết kế SOFC

+ Dạng phẳng, các cell được nối với nhau qua các tấm interconnect



+ Dạng ống, dòng không khí (O2) đi phía trong ống, dòng nhiên liệu đi phía ngoài thành ống.



Đa số các nghiên cứu trên SOFC với 2 buồng dẫn khí riêng rẽ (nhiên liệu và oxy được dẫn vào buồng anod và cathod riêng rẽ). Năm 1993, 2 nhà khoa học Nhật Bản Hibino và Iwahara lần đầu tiên áp dụng SOFC 1 buồng (single-chamber SOFC). Nhiên liệu và oxy được dẫn đồng thời qua các điện cực. 3 mô hình cho SC-SOFC: