Estado actual de las pilas de combustible
1: Estado actual de la investigación de PEMFC
El primer trabajo de investigación de PEMFC en mi país fue el Instituto de Química Aplicada de Changchun. que se estableció en 1990. Comenzó la investigación sobre PEMFC con el apoyo de la Academia de Ciencias de China. Su trabajo se centra principalmente en el proceso de preparación de catalizadores y electrodos y el desarrollo de reformador externo de metanol, y ha fabricado un prototipo 100WPEMFC. En 1994, tomó la delantera en la realización de investigaciones sobre pilas de combustible de membrana de intercambio directo de protones de metanol. El instituto ha establecido relaciones de cooperación a largo plazo con la Universidad Case Western Reserve en los Estados Unidos y el Instituto Ruso de Energía de Hidrógeno y Plasma. El Instituto Dalian de Física Química de la Academia de Ciencias de China llevó a cabo investigaciones sobre PEMFC en 1993 y trabajó mucho en tecnología de electrodos y estructura de baterías. Ahora se ha desarrollado una única batería con una superficie de trabajo de 140cm2, con una potencia de salida de 0,35W/cm2.
La Universidad de Fudan comenzó a desarrollar PEMFC de metanol directo a principios de la década de 1990, estudiando principalmente la preparación de membranas de polibencimidazol y la tecnología de preparación de electrodos. La Universidad de Xiamen coopera con la Universidad de Hong Kong y la Universidad Case Western Reserve en los Estados Unidos para realizar investigaciones sobre PEMFC de metanol directo.
65438-0994, la Universidad de Shanghai y la Universidad del Petróleo de Beijing cooperan para investigar PEMFC (el "Proyecto clave del Octavo Plan Quinquenal"), investigando principalmente la tecnología de preparación de catalizadores, electrodos y componentes de membranas de electrodos.
El Instituto de Tecnología de Beijing, con el apoyo del Ministerio de Industria de Artillería, comenzó una investigación sobre PEMFC en 1995. La densidad de corriente de una sola celda es de 150 mA/cm2.
El Instituto de Ingeniería Termofísica de la Academia de Ciencias de China ha estado estudiando PEMFC desde 1994. Utiliza principalmente transferencia de calor computacional y dinámica de fluidos computacional para comparar varias opciones, como suministro de aire, humidificación, eliminación de calor y drenaje, y propone soluciones mejoradas para el esquema de transferencia de calor y masa.
El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de Tianjin lanzó la investigación PEMFC en 1997, planeando introducir baterías de 1,5 kW del extranjero y realizar investigaciones sobre la base del análisis y la absorción de tecnologías extranjeras avanzadas.
Desde 65438 hasta 0995, Beijing Fuyuan Company cooperó con Canadian New Energy Company para desarrollar PEMFC. Se desarrolló con éxito un prototipo de PEMFC de 5 kW y se aceptaron pedidos.
2. Introducción 2: Investigación MCFC
No hay muchas unidades que realicen investigaciones MCFC en China.
El Instituto de Investigación de Equipos de Suministro de Energía de Harbin comenzó a estudiar MCFC a finales de los años 1980 y detuvo la investigación en esta área a principios de los años 1990.
65438-0993, Instituto Dalian de Física Química, Academia de Ciencias de China, con el apoyo de la Academia de Ciencias de China, inició una investigación sobre MCFC, preparó micropolvo de LiAlO2, preparó separadores de MCFC utilizando laminado en frío y cinta. -Métodos de fundición y células individuales ensambladas. Su desempeño alcanzó el nivel internacional a principios de la década de 1980.
A principios de la década de 1990, el Instituto de Química Aplicada de Changchun de la Academia de Ciencias de China también comenzó a investigar sobre MCFC y logró avances significativos en el método de preparación del micropolvo LiAlO2 y en la investigación de compuestos intermetálicos como materiales anódicos de MCFC. .
A principios de la década de 1990, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing llevó a cabo una investigación sobre MCFC con financiación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales. Estudió principalmente la interacción entre materiales de electrodos y electrolitos, y propuso el uso de intermetálicos. compuestos como materiales de electrodos Reducir su disolución.
3.3: Introducción a la investigación de SOFC
El Instituto de Cerámica de Shanghai de la Academia de Ciencias de China llevó a cabo las primeras investigaciones sobre SOFC. Comenzaron la investigación sobre SOFC en 1971, centrándose principalmente en la investigación de materiales de electrodos y materiales de electrolitos de SOFC. En la década de 1980, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, se inició la investigación de las SOFC. Estudió sistemáticamente la preparación de materiales de membranas de circonio, materiales de cátodos y ánodos, y la estructura de SOFC simple mediante fundición en cinta, e inicialmente dominó la tecnología de preparación de nanopolvos de circonio estables y cerámicas densas mediante métodos químicos húmedos. En 1989, con financiación del Fondo Provincial de Ciencia Juvenil de Jilin, la Universidad de Jilin comenzó una investigación sobre el ensamblaje de electrolitos SOFC y materiales de electrodos positivos y negativos en celdas individuales, y pasó la evaluación de la Comisión Provincial de Ciencia y Tecnología de Jilin. En 1995, recibió 4,5 millones de yuanes de la Comisión de Planificación Provincial de Jilin y la Comisión de Planificación Estatal. Se estudiaron sucesivamente electrodos, electrolitos, juntas y materiales de conexión. El voltaje de circuito abierto de una sola celda alcanza 1,18 V y la densidad de corriente es 400 mA/cm2. Un paquete de baterías de cuatro celdas individuales conectadas en serie permite que las radios y grabadoras funcionen normalmente.
En 1991, el Instituto de Industria Química y Metalurgia de la Academia de Ciencias de China llevó a cabo una investigación sobre SOFC con el apoyo de la Academia de Ciencias de China. A partir de la investigación de materiales, se produjeron células individuales tubulares y planas con una densidad de potencia de 0,09 w/cm2 ~ 0,12 w/cm2 y una densidad de corriente de 150 ma/cm2 ~ 180 ma. En 1994, el instituto importó baterías SOFC apiladas de 20W~30W del Instituto de Electroquímica de la Rama Ural de la Academia de Ciencias de Rusia, con una duración de batería de 1200h·h. Están analizando la estructura laminada rusa, la estructura tubular de la estadounidense Westinghouse. y la alemana Siemens. Basado en la estructura de la placa, se diseña una nueva estructura hexaédrica, que absorbe las ventajas de la estructura tubular no sellada. La combinación de baterías está conectada de manera flexible mediante fieltro metálico y se puede fabricar mediante procesos de preparación cerámica convencionales.
En 1992, la Universidad Tecnológica del Sur de China inició una investigación sobre SOFC con una financiación de más de un millón de yuanes de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales, la Fundación Provincial de Ciencias Naturales de Guangdong y el Fondo de Investigación Li Ka-shing de la Universidad de Shantou. y el Fondo Guangdong Foshan. La celda única tubular ensamblada utiliza directamente metano como combustible, con una potencia de salida máxima de 4 mW/cm2, una densidad de corriente de 17 mA/cm2 y una operación continua de 65438. Los países desarrollados han considerado el desarrollo de pilas de combustible a gran escala como un proyecto de investigación clave. Las empresas también han invertido mucho en la investigación y el desarrollo de la tecnología de pilas de combustible y han logrado muchos resultados importantes. Las pilas de combustible se han utilizado ampliamente en la generación de energía y en los automóviles. , reemplazando los generadores tradicionales y los motores de combustión interna. Vale la pena señalar que este nuevo e importante método de generación de energía puede reducir en gran medida la contaminación del aire y resolver los problemas del suministro de la red eléctrica y la regulación de las cargas máximas. Han entrado en producción comercial conjuntos completos de equipos de generación de energía con pilas de combustible de 2 MW, 4,5 MW y 110 MW, y algunos países desarrollados han construido varios niveles de centrales eléctricas con pilas de combustible. El desarrollo y la innovación de las pilas de combustible serán como la revolución industrial desencadenada por el avance tecnológico del motor de combustión interna que reemplazó al poder humano hace cien años. La invención y popularización de las computadoras reemplazaron a la revolución informática que reemplazó al cálculo, el dibujo y los documentos humanos. procesamiento.El desarrollo de las comunicaciones en red cambió los hábitos de vida de las personas. El potencial de las pilas de combustible, que son altamente eficientes, no contaminantes, de corto plazo de construcción, fáciles de mantener y de bajo costo, desencadenará una revolución verde en las nuevas energías y la protección del medio ambiente en el siglo XXI. Hoy en día, en América del Norte, Japón y Europa, la generación de energía con pilas de combustible está entrando rápidamente en la etapa de aplicación a escala industrial con una tendencia a ponerse al día, y se convertirá en el método de generación de energía de cuarta generación después de la energía térmica, la energía hidroeléctrica y la energía nuclear en el siglo XXI. siglo.
El rápido desarrollo de la tecnología de pilas de combustible en el extranjero debe atraer nuestra atención. Este se ha convertido en un tema que la industria energética y energética debe afrontar de frente.
Pila de combustible de ácido fosfórico (PAFC)
Afectado por la crisis mundial del petróleo de 1973 y el desarrollo de las PAFC en Estados Unidos, Japón decidió desarrollar varios tipos de pilas de combustible. NEDO desarrolló PAFC como tecnología de generación de energía con ahorro de energía a gran escala. Desde 1981, se han llevado a cabo trabajos de investigación y desarrollo en unidades de generación de energía PAFC in situ de 1000 kW. En 1986, se desarrolló un dispositivo de generación de energía de campo de 200 kW, que era adecuado para dispositivos de generación de energía PAFC en áreas remotas o para uso comercial. Fuji Electric Co., Ltd. es el mayor proveedor de paquetes de baterías PAFC de Japón. A finales de 1992, la empresa había proporcionado 17 juegos de dispositivos de demostración PAFC en el país y en el extranjero. En marzo de 1997, Fuji Electric completó el estudio de funcionamiento del equipo distribuido de 5 MW. Como equipos de campo, se han puesto en uso 88 tipos de equipos, incluidos 50 kW, 100 kW y 500 kW. La siguiente tabla muestra el funcionamiento de los equipos de generación de energía entregados por Fuji Electric Corporation. En 1998, las piezas habían superado la vida útil prevista de 40.000 horas.
Desde la segunda mitad de la década de 1970, Toshiba se ha centrado en el desarrollo de pilas de combustible distribuidas y fuentes de alimentación distribuidas serializadas con máquinas de 110 MW y máquinas de 200 kW. El generador de 110 MW es el equipo de generación de energía de pila de combustible más grande del mundo. Construido a partir de 1989 en la central térmica Goi de Tokyo Electric Power Company. Después de una exitosa generación de energía a principios de marzo, después de más de cinco años de pruebas de campo, hasta junio de 1965438, el tiempo de funcionamiento acumulado superó las 20.000 horas. En el campo de las pilas de combustible de campo pequeñas, Toshiba y la compañía estadounidense IFC establecieron ONSI en 1990 para comercializar pilas de combustible de campo, y luego comenzaron a vender al mundo la serie "PC25" de equipos de campo de 200 kW. Las pilas de combustible de la serie PC25 estuvieron en funcionamiento desde finales de 1991 hasta abril de 1998 y * * * vendieron 174 unidades en todo el mundo. Entre ellas, la unidad número 1 instalada en una empresa de Estados Unidos y la unidad número 2 de Osaka Gas Company instalada en el Centro Miten de Osaka, Japón, han superado las 40.000 horas respectivamente. En términos de vida útil y confiabilidad de las pilas de combustible, el objetivo a largo plazo de las pilas de combustible es un tiempo de funcionamiento acumulado de 40.000 horas. Toshiba ONSI ha completado el desarrollo de la máquina comercial oficial PC25C y la ha puesto en el mercado. Como pionero de las nuevas energías en el siglo XXI, PC25C ganó el Premio de Industria y Comercio Internacional de Japón. Desde la comercialización de las pilas de combustible, este equipo ha sido evaluado como un equipo avanzado, fiable y respetuoso con el medio ambiente. Su coste de fabricación es de 3.000 dólares EE.UU./kW, mientras que el coste del equipo comercial PC25D bajará a 1.500 dólares EE.UU./kW, su volumen es 1/4 menor que el del PC25C y su masa es de sólo 14 toneladas. En 2001, China inaugurará la primera central eléctrica de pila de combustible PC25C, financiada principalmente por el MITI japonés (NEDO). Esta será la primera central eléctrica de pila de combustible de China.
Celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC)
La famosa empresa canadiense Ballard es líder mundial en tecnología PEMFC, con aplicaciones que van desde vehículos hasta centrales eléctricas estacionarias. Su filial Ballard Generation System está considerada líder mundial en el desarrollo, producción y comercialización de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones de cero emisiones. El producto inicial del Sistema de Generación Ballard es una central eléctrica de pila de combustible de 250 kW. Su componente básico es la pila de combustible Ballard, que utiliza hidrógeno (obtenido del metanol, gas natural o petróleo) y oxígeno (obtenido del aire) para generar electricidad. combustión. Ballard está trabajando con muchas de las empresas líderes del mundo para comercializar BallardFuelCell. Ballard Fuel Cell se ha utilizado en plantas de energía estacionarias: Ballard Generation System fue establecido por Ballard Generation System, GPU International Inc, Alstom SA y EBARA Company * * * para desarrollar plantas de energía de celdas de combustible de menos de un kilovatio. Después de cinco años de desarrollo, la primera central eléctrica de 250 kW generó energía con éxito en agosto de 1997 y fue entregada a la Corporación Nacional de Energía de la India en septiembre de 1999. Las pruebas y evaluaciones cuidadosas mejoraron el rendimiento del diseño y redujeron los costos, lo que llevó a la creación de una segunda central eléctrica, instalada en Berlín con una potencia de 250 kW y la primera prueba en Europa.
Pronto, la tercera central eléctrica de 250 kW de Ballard se instaló en Suiza para pruebas de campo en septiembre de 2000, y luego, en junio de 2000, a través de su socio EBARA Ballard, se instaló una cuarta central eléctrica de pila de combustible en NTT Corporation en Japón, abriendo el mercado asiático. . Las pruebas en diferentes áreas facilitarán enormemente la comercialización de centrales eléctricas de pilas de combustible. La primera central eléctrica comercial finalizará el 38 de mayo de 2006. La siguiente imagen muestra el dispositivo de pila de combustible Ballard instalado en Cinergy en Estados Unidos y que se encuentra en fase de pruebas.
La imagen muestra la central eléctrica de pila de combustible PEMFC de 250 kilovatios instalada en Berlín:
En Estados Unidos, PlugPower es la mayor empresa de desarrollo de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones. Desarrollar y fabricar sistemas de pilas de combustible económicos aplicables para aplicaciones residenciales y automotrices. En 1997, el módulo PlugPower convirtió con éxito la gasolina en electricidad por primera vez. PlugPower ha desarrollado su producto patentado PlugPower7000, un sistema de suministro de energía distribuida para uso residencial. Producto comercial lanzado a principios de 2001. La introducción de pilas de combustible en los hogares supondrá un desafío para las plantas de energía nucleares y de gas. Para promover este producto, PlugPower y GEMicroGen establecieron una empresa conjunta en febrero de 1999. El producto pasó a llamarse GEHomeGen7000 y GEMicroGen fue responsable de la promoción global. El producto proporcionará 7kW de potencia continua. GE/Plug afirmó que su precio a principios de 2001 era de 1.500 dólares EE.UU./kW. Predicen que en cinco años, el precio de las pilas de combustible producidas en masa caerá a 500 dólares el kW. Suponiendo que haya 200.000 hogares, cada uno equipado con equipos de generación de energía de pilas de combustible de 7 kW, el total se aproximará a la capacidad de las unidades de energía nuclear. Este sistema de generación de energía distribuida se puede utilizar para el suministro de energía pico y aumenta la estabilidad de la energía debido al diseño del sistema distribuido. Incluso si algunos de ellos fallan, todo el sistema de generación de energía aún puede funcionar con normalidad. Impulsados por Ballard, muchos fabricantes de automóviles participan en el desarrollo de vehículos de pila de combustible, como Chrysler, Ford, General Motors, Honda, Nissan, Volkswagen y Volvo. Muchas de las pilas de combustible que utilizan son fabricadas por Ballard Corporation. Al mismo tiempo, también invirtieron mucho en el desarrollo de pilas de combustible. Chrysler invirtió CAD 450 millones en Ballard para desarrollar vehículos de pila de combustible, lo que impulsó en gran medida el desarrollo de PEMFC. En 1997, Toyota construyó un automóvil deportivo RAV4 equipado con un reformador de metanol. Una celda de combustible de 25 kW y una celda seca auxiliar proporcionaban los 50 kW de energía, con una velocidad máxima de 125 km/h y una autonomía de 500 km. Todas estas grandes empresas automovilísticas tienen planes de desarrollo de pilas de combustible. Aunque todavía no ha llegado el momento adecuado para la comercialización de vehículos de pila de combustible, varias empresas han fijado calendarios para iniciar la producción en masa. Daimler-Benz anunció que para 2004 producirá 40.000 vehículos de pila de combustible al año. Por tanto, es muy probable que en los próximos diez años haya 100.000 vehículos de pila de combustible.
Celda de combustible de carbonato fundido (MCFC)
A principios de la década de 1950, la pila de combustible de carbonato fundido (MCFC) atrajo la atención debido a su promesa como dispositivo de generación de energía civil a gran escala. atención mundial. Desde entonces, MCFC se ha desarrollado rápidamente y los materiales, procesos y estructuras de la batería han mejorado enormemente. Sin embargo, la vida útil de la batería no es la ideal. En la década de 1980, se consideró como la segunda generación de pilas de combustible y se convirtió en el principal objetivo de investigación para lograr centrales eléctricas de pilas de combustible comerciales a nivel de megavatios, y su velocidad de desarrollo se está acelerando. Los principales desarrolladores de MCFC se concentran en Estados Unidos, Japón y Europa Occidental. Se espera su comercialización en 2002.
El Departamento de Energía de Estados Unidos asignó 44,2 millones de dólares en 2000 para la investigación de centrales eléctricas de pilas de combustible estacionarias, de los cuales 2/3 se utilizaron para el desarrollo de MCFC y 1/3 para el desarrollo de SOFC. El desarrollo de la tecnología MCFC en los Estados Unidos siempre ha estado a cargo principalmente de dos empresas importantes, ERC (Energy Research Corporation) (ahora FuelCell Energy Inc) y M-C Power. Construyen reactores MCFC de diferentes maneras. Ambas empresas han entrado en la fase de demostración de campo: ERC1996 ha realizado pruebas empíricas de una central eléctrica MCFC de 2 MW en Santa Clara, California, y está buscando sitios para probar equipos de 3 MW.
Las pilas de combustible MCFC de ERC se reforman sin gas combustible dentro de la pila y no tienen un reformador independiente. Según los resultados de las pruebas, ERC rediseñó la batería y la cambió a una pila de celda única de 250 kW en lugar de la pila de batería original de 125 kW, de modo que el MCFC de 3 MW se pueda instalar en un sitio de 0,1 acre, lo que reduce los costos de inversión. Se espera que ERC proporcione equipos de 3 MW con un costo de equipo de 1200 dólares/kW. Esto se acerca al costo del equipo de un pequeño generador de turbina de gas de $65,438+0,000/kW. La eficiencia de la pequeña generación de energía a gas es sólo del 30% y existen problemas con las emisiones de escape y el ruido. Mientras tanto, la empresa estadounidense M-CPower ya ha probado una unidad de 250 kW en la Estación Aérea Naval de San Diego, California, y planea probar y mejorar una unidad de 75 kW en el mismo lugar. M-CPower está desarrollando módulos de 500 kW y planea iniciar la producción en 2002.
La investigación japonesa sobre MCFC comenzó con el “Proyecto Moonlight” en 1981 y se centró en él después de 1991. Las pilas de combustible cuestan entre 12.000 y 15.000 millones de dólares al año, y el gobierno añadió 200 millones de dólares adicionales en 1990. La potencia de la batería era de 1 kW en 1984 y de 10 kW en 1986. Japón estudia tanto la tecnología de conversión interna como la de conversión externa. El MCFC de conversión interna indirecta de 30 kW se puso en funcionamiento a prueba en 1991. 1992 Operación de prueba de 50-100kW. En 1994, Hitachi e Ishikawa completaron dos MCFC de 100 kW con un área de electrodo de 1 m2, respectivamente, y los transformaron bajo presión. Además, en la central térmica de Kawagoe se está instalando un MCFC fuera de reforma de 1 MW producido por Chuo Electric Power Co., Ltd. Se prevé que cuando se utilice gas natural como combustible, la eficiencia termoeléctrica será superior al 45% y la vida útil será superior a 5.000 horas. El MCFC de 30 kW reformado internamente y desarrollado por Mitsubishi Electric y la empresa estadounidense ERC ha estado funcionando. 10.000 horas Sanyo también ha desarrollado un MCFC reestructurado internamente de 30 kW. Ishikawajima Heavy Industries tiene la pila de pilas de combustible MCFC más grande del mundo, con una vida útil de prueba de 13.000 h·h. Para promover la investigación y el desarrollo de MCFC, Japón creó la Asociación de Investigación MCFC en 1987, que es responsable de su funcionamiento. de la pila de combustible y los equipos periféricos de la central eléctrica y la tecnología del sistema. Se unió a la 14.ª tropa y se convirtió en la principal fuerza de investigación y desarrollo japonesa.
Ya en 1989, Europa formuló el Plan 1 Joule, con el objetivo de establecer centrales eléctricas de "segunda generación" con menos contaminación ambiental, instalación dispersa y 200 MW de potencia, incluidas MCFC, SOFC y PEMFC. y establecer la tarea asignada a cada país. La investigación sobre MCFC se ha realizado principalmente en los Países Bajos, Italia, Alemania, Dinamarca y España. La investigación sobre MCFC en los Países Bajos comenzó en 1986, y la pila de baterías de nivel 1kW se desarrolló en 1989; el tipo de batería de conversión externa de nivel 10kW y la pila de baterías de tipo conversión interna de nivel 1kW se probaron en 1992, y la gasificación del carbón y la gasificación del carbón. fueron probados en 1995. Italia comenzó a implementar el plan nacional de investigación MCFC en 1986 y desarrolló una batería de 50-100 kW en 1992+0994. La empresa italiana Ansodo firmó un acuerdo con la Corporación Financiera Internacional sobre tecnología MCFC y ha instalado un conjunto de equipos de producción automatizados de una sola celda (área de 1 m2) con capacidad de producción anual. La empresa alemana MBB completó la investigación y el desarrollo de la tecnología de conversión externa de 10 kW en 1992. Con la ayuda del ERC, entre 1992 y 1994 se llevaron a cabo pruebas de fabricación y funcionamiento de paquetes de baterías de 100 kW y 250 kW. MBB ahora tiene la batería de 280 kW más grande del mundo.
Los datos muestran que MCFC tiene ventajas únicas en comparación con otras pilas de combustible:
A. La eficiencia de generación de energía es mayor que la de PAFC;
b. El costoso platino sirve como catalizador y tiene un bajo costo de fabricación;
C El monóxido de carbono se puede usar como combustible;
Dado que la temperatura de funcionamiento del MCFC es de 600-1000 °C. , los gases de escape se pueden utilizar para calefacción o combinarse con una turbina de vapor para generar electricidad. Si se combinan calor y energía, la eficiencia se puede aumentar al 80%;
E. Comparando varios métodos de generación de energía, cuando el índice de carga es superior al 45%, el sistema de generación de energía MCFC tiene el costo más bajo. . En comparación con el PAFC, aunque la inversión inicial del MCFC es mayor, el costo del combustible del PAFC es mucho mayor que el del MCFC. Cuando el sistema de generación de energía es pequeño y mediano, la economía de MCFC es más prominente;
La estructura de MCFC es más simple que la de PAFC.
Celda de combustible de óxido sólido (SOFC)
SOFC consiste en un electrolito alimentado por una cerámica como la circona estabilizada con itria (YSZ) y combustible y aire alimentados por un material poroso. Composición del electrodo . El oxígeno en el aire se oxida en la interfaz del electrodo de aire/electrolito, se mueve hacia el lado del electrodo de combustible en el electrolito bajo la acción de la diferencia de oxígeno entre el aire y el combustible, y reacciona con hidrógeno o monóxido de carbono en la interfaz del electrolito del electrodo de combustible para generar vapor de agua o dióxido de carbono y liberan electrones. Los electrones pasan por el circuito externo y regresan nuevamente al electrodo de aire, y se genera electricidad.
Las características de SOFC son las siguientes:
Debido al funcionamiento a alta temperatura (600-1000 ℃), al establecer un ciclo inferior, se genera energía de alta eficiencia con una eficiencia se puede obtener más del 60%.
Debido a que los iones de oxígeno se mueven en el electrolito, el CO y el gas de gasificación del carbón también se pueden utilizar como combustible.
Debido a que todos los materiales del cuerpo de la batería son sólidos, no hay evaporación ni flujo de electrolito. Además, el electrodo de combustible y el electrodo de aire no se corroerán. lLa temperatura de funcionamiento es alta y se puede realizar la modificación interna del metano y otros materiales.
En comparación con otras pilas de combustible, el sistema de generación de energía es simple y se espera que se desarrolle desde equipos de pequeña capacidad hasta equipos de gran escala y tenga una amplia gama de usos.
En el campo de las centrales eléctricas fijas, SOFC tiene ventajas evidentes sobre PEMFC. Las SOFC rara vez necesitan manejar combustible. El reformado interno, la integración interna del calor y los colectores internos simplifican el diseño del sistema, y las SOFC, las turbinas de gas y otros equipos también pueden llevar a cabo fácilmente una cogeneración eficiente de calor y energía. La siguiente imagen es la primera central eléctrica híbrida SOFC y turbina de gas del mundo desarrollada por Siemens Westinghouse. Fue instalado en la Universidad de California en mayo de 2000, con una potencia de 220kW y una eficiencia de generación de energía del 58%. En el futuro, la eficiencia de generación de energía de SOFC/turbina de gas alcanzará el 60-70%.
La SOFC se denomina pila de combustible de tercera generación y se está desarrollando activamente. Es uno de los nuevos métodos de generación de energía emergentes. Estados Unidos es el primer país del mundo en investigar las SOFC, en el que Westinghouse Electric Company desempeñó un papel particularmente importante y se convirtió en la institución más autorizada en la investigación de las SOFC. Ya en 1962, Westinghouse Electric Company utilizó metano como combustible para obtener corriente en un dispositivo de prueba de SOFC y señaló que el combustible de hidrocarburos debe completar dos procesos básicos de conversión catalítica y reacción electroquímica en SOFC, sentando las bases para el desarrollo de SOFC. En los 10 años siguientes, la empresa cooperó con OCR para conectar 400 electrolitos cilíndricos pequeños de ZrO_2-Cao y produjo una batería de 100 W, pero esta forma no era adecuada para grandes dispositivos de generación de energía. Después de la década de 1980, con el fin de desarrollar nuevas fuentes de energía y aliviar la crisis energética causada por la escasez de recursos petroleros, la investigación de las SOFC se ha desarrollado vigorosamente. Westinghouse Electric Company de Estados Unidos aplicó la tecnología de deposición electroquímica de vapor al proceso de preparación de películas de electrodos y electrolitos SOFC, reduciendo el espesor de la capa de electrolito al nivel de micras, mejorando significativamente el rendimiento de la batería, abriendo así un nuevo capítulo en Investigación SOFC. Una nueva página. A mediados y finales de la década de 1980, comenzó a investigar paquetes de baterías SOFC de alta potencia. En 1986, se operó con éxito una batería SOFC tubular de 400 W en Tennessee.
Pilas de combustible
Además, algunos otros departamentos de Estados Unidos también tienen cierta fortaleza en SOFC. PPMF en Pittsburgh es una importante base de producción para la comercialización de tecnología SOFC. Cuenta con conjuntos completos de equipos para el procesamiento de componentes de baterías SOFC, ensamblaje de baterías y pruebas de calidad de baterías. Es el centro de investigación y desarrollo de tecnología SOFC más grande del mundo. En 1990, el centro fabricó un dispositivo SOFC de 20 kW para el Departamento de Energía de EE. UU. El dispositivo utilizó gas de tubería como combustible y ha estado funcionando de forma continua durante más de 1700 horas. Al mismo tiempo, el centro también proporcionó dos juegos de dispositivos de prueba SOFC de 25 kW para Tokyo Osaka Gas Company y Kansai Electric Power Company, uno de los cuales es un dispositivo de cogeneración. Además, el Laboratorio Nacional de Argón en los Estados Unidos también ha investigado y desarrollado una pila de baterías SOFC de placa corrugada laminada y ha desarrollado métodos de fundición y laminación adecuados para el moldeo de este material estructural. La densidad de energía de la batería ha mejorado significativamente, lo que es una estructura SOFC prometedora. En Japón, la investigación SOFC forma parte del "Proyecto Moonlight". Ya en 1972, el Instituto de Tecnología Electrónica comenzó a estudiar la tecnología SOFC y luego se unió a las filas de investigación y desarrollo del "Proyecto Moonlight". En 1986, se desarrolló un paquete de baterías SOFC de tubo redondo de 500 W para formar un dispositivo de generación de energía de 1,2 kW.
Tokyo Electric Power Company y Mitsubishi Heavy Industries comenzaron a desarrollar dispositivos SOFC de tubo redondo desde 1986 hasta el 65438+2, y obtuvieron una sola celda con una potencia de salida de 35 W. Cuando la densidad de corriente era de 200 mA/cm2, el voltaje de la batería era de 0,78 V. y la tasa de utilización de combustible fue de 0,78 V. Alcanzó el 58%. En julio de 1987, Electric Power Development Company cooperó con estas dos empresas para desarrollar un paquete de baterías SOFC de 1 kW con una operación de prueba continua de 1000 horas y una potencia máxima de 1,3 kW. Kansai Electric Power Company, Tokyo Gas Company, Osaka Gas Company y. otras instituciones obtuvieron el paquete de baterías de Westinghouse Electric Company de los Estados Unidos. Importaron paquetes de baterías SOFC tubulares de 3 kW y 2,5 kW y lograron resultados satisfactorios. A partir de 1989, Tokyo Gas también comenzó a desarrollar dispositivos SOFC de placa plana de gran superficie. En junio de 1992, se completó el dispositivo SOFC de pantalla plana de 100 W y el área efectiva de la batería alcanzó los 400 cm2. En la actualidad, la potencia de las SOFC de panel plano desarrolladas por Fujifilm y Sanyo ha alcanzado el nivel de kilovatios. Además, Chuo Electric Power Company ha cooperado con Mitsubishi Heavy Industries para investigar y evaluar exhaustivamente sistemas SOFC de placa corrugada laminada desde 1990, y desarrolló un dispositivo de prueba de 406W. El área efectiva de una sola batería de este dispositivo alcanza los 131cm2.
En Europa, ya en la década de 1970, el Instituto Central de Investigación de Heidelberg de la República Federal de Alemania desarrolló un dispositivo de generación de energía SOFC con una estructura de electrolito de tubo circular o semicircular, y las celdas individuales realizaban Bueno. A finales de la década de 1980, bajo la influencia de Estados Unidos y Japón, Europa promovió activamente la comercialización de SOFC en Europa. Las alemanas Siemens, Domier GmbH y ABB Research están comprometidas con el desarrollo de dispositivos de generación de energía SOFC de placa plana a nivel de kilovatios. Siemens también cooperó con el Centro de Energía de los Países Bajos (ECN) para desarrollar una batería SOFC de placa abierta con un área efectiva de electrodo de 67 cm2. ABB Research desarrolló una unidad de generación de energía SOFC de kilovatios de placa plana mejorada en 1993. La batería tiene una estructura bipolar de metal y el experimento se realizó a 800°C con buenos resultados. Ahora estamos considerando convertirlo en un sistema de generación de energía SOFC de 25 ~ 100 kW para uso doméstico o comercial.