ٹھوس آکسائڈ فیول سیل (ایس او ایف سی) کی بنیادی ترکیب

ایک سنگل کے اہم اجزاءایندھن سیل الیکٹرولائٹ ، انوڈ ، کیتھوڈ اور باہمی رابطے یا دوئبرووی جداکار ہیں ، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 1 کے اہم اجزاءSOFC

ایندھن کے خلیوں کو بنانے والے مختلف جزو کے مواد کو آکسائڈائزنگ اور (یا) ماحول کو کم کرنے میں اچھا استحکام ہونا چاہئے ، بشمول کیمیائی استحکام ، کرسٹل استحکام اور بیرونی طول و عرض کی استحکام۔ ایک دوسرے کے ساتھ کیمیائی مطابقت ؛ مناسب برقی چالکتا اور اسی طرح کے تھرمل توسیع کے گتانک۔ ایک ہی وقت میں ، ایندھن گیس اور آکسیجن کے دخول اور اختلاط کو روکنے کے لئے الیکٹرولائٹ اور باہمی رابطے کو مکمل طور پر گھنے ہونے کی ضرورت ہے۔ انوڈ اور کیتھوڈ کو رد عمل کی جگہ پر گیس کے دخول کی سہولت کے ل p غیر محفوظ ہونا چاہئے۔ فیول سیل کے مختلف اجزاء کی مخصوص ضروریات کو ٹیبل 1 میں دکھایا گیا ہے۔

I.الیکٹرولائٹمواد

الیکٹرولائٹ میںSOFCبیٹری کا بنیادی مرکز ہے ، اور عام طور پر آکسائڈ سیرامکس سے بنا ہوتا ہے ، یعنی ، سنسٹرڈ ٹھوس حل الیکٹرولائٹ - مکمل طور پر مستحکم زرو 2۔ الیکٹرولائٹ کی کارکردگی براہ راست بیٹری کے آپریٹنگ درجہ حرارت اور کارکردگی کا تعین کرتی ہے۔ خالص زرو 2 کی 1000 ℃ پر مزاحمتی صلاحیت 107 ω/سینٹی میٹر ہے ، جو موصل مواد کے قریب ہے۔ اس وقت ، Zro2 پر مبنی ٹھوس الیکٹرولائٹس ، جو بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیںSOFC، زیڈ آر^(4+) کی پوزیشن کو کم ویلنٹ میٹل آئنوں کے ساتھ تبدیل کرنے کے لئے ڈوپ زرو 2 کے لئے کچھ ڈویلینٹ یا ٹریوالینٹ آکسائڈس کا استعمال کریں۔ اس کے نتیجے میں ، زرو 2 (فلورائٹ ڈھانچہ) کمرے کے درجہ حرارت سے لے کر اعلی درجہ حرارت (1000 ℃) تک مستحکم مرحلے کا ڈھانچہ رکھتا ہے ، اور معاوضے کی وجہ سے اس میں زیادہ O^(2-) خالی آسامیاں پیدا ہوتی ہیں ، اس طرح زرو 2 کی آئنک چالکتا کو 10^(-2) ایس/سینٹی میٹر تک بڑھایا جاتا ہے ، اور اسی وقت آئنونک کنڈکشن کی آکسیجن جزوی دباؤ کی حد کو بڑھانا۔ اس مستحکم زرو 2 میں ، O^(2-) خالی آسامیوں کو ایک میڈیم کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے ، یعنی ، خالی جگہ کا طریقہ کار O^(2-) چالکتا کی نمائش کے لئے استعمال ہوتا ہے۔ فی الحال ، الیکٹرویلیٹ کے طور پر استعمال ہونے والا سب سے عام مواد Y2O3-stabilized Zro2 (YSZ کے طور پر مختص کیا گیا ہے) ہے۔ جب آکسیجن جزوی دباؤ میں دس سے زیادہ آرڈرز میں تبدیلی آتی ہے تو اس کی آئن چالکتا نمایاں طور پر تبدیل نہیں ہوتی ہے۔ فی الحال ، مناسب کارکردگی کے ساتھ وائی ایس زیڈ فلم کو کس طرح تیار کرنا ہے ، لوگوں کی تحقیق میں ایک گرم مقام اور دشواری ہے۔

ii. انوڈ میٹریل

کا الیکٹروڈ موادSOFCسب سے پہلے ایک اتپریرک ہے۔ انوڈ میٹریل کے لئے اعلی الیکٹرانک چالکتا ، کم ماحول میں استحکام اور ہوا کی اچھی پارگمیتا کی ضرورت ہوتی ہے۔ لہذا ، عام طور پر پلاٹینم استعمال کیا جاتا ہے ، لیکن پلاٹینم مہنگا ہوتا ہے۔ نکل اور کوبالٹ جیسے دھات کے مواد کے استعمال سے تھرمل توسیع سے مماثلت اور آسنجن کی پریشانیوں کا سبب بنے گا ، اور طویل مدتی اعلی درجہ حرارت کے عمل سے بھی اس کی تزئین و آرائش میں کمی آئے گی۔ موجودہ تحقیقی سمت دھاتی سیرامکس کو انوڈ مواد کے طور پر استعمال کرنا ہے ، اور اس سے زیادہ مثالی NI-COSPOSITE YSZ ہے۔ بنیادی کام معقول عمل کا مطالعہ کرنا اور مناسب کارکردگی کے ساتھ NI-ISZ جامع مواد تیار کرنا ہے۔

iii. کیتھوڈ میٹریل

ایس او ایف سی کا کیتھڈ انوڈ کی طرح ہی ہے اور یہ ایک غیر محفوظ الیکٹرانک کوندکٹو فلم بھی ہونا چاہئے۔ چونکہ بیٹری کا کیتھڈ ایک اعلی درجہ حرارت آکسائڈائزنگ ماحول میں کام کرتا ہے اور الیکٹرانوں کی منتقلی اور آکسیجن منتقل کرنے کا کردار ادا کرتا ہے ، لہذا کیتھوڈ مواد کی ضروریات نسبتا strind سخت ہیں۔ کیتھوڈ میٹریل میں اعلی برقی چالکتا ، اعلی درجہ حرارت آکسیکرن مزاحمت اور اعلی درجہ حرارت تھرمل استحکام ہونا چاہئے ، اور الیکٹرویلیٹ کے ساتھ کیمیائی طور پر اس پر رد عمل ظاہر نہیں کرنا چاہئے۔ روایتی مواد دھاتی پلاٹینم ہے ، اور حالیہ ترقی ڈوپڈ آکسائڈ سیرامکس - لامنو 3 ہے۔ ایس او ایف سی کے کیتھوڈ میٹریل کی حیثیت سے ، تجربات کی ایک بڑی تعداد نے یہ ثابت کیا ہے کہ ایل اے 1-ایکس ایس آر ایکس ایم این او 3 ترجیحی کیتھوڈ مواد ہے۔

iv. کنیکٹر مواد

الیکٹرویلیٹ اور الیکٹروڈ مواد ایک ساتھ مل کر تین میں ایک واحد بیٹری یونٹ تشکیل دیتے ہیں۔ ایک ہی بیٹری کی طاقت محدود ہے اور صرف 1V کا وولٹیج پیدا کرسکتا ہے۔ ایک اعلی طاقت والے بیٹری پیک حاصل کرنے کے ل several ، متعدد واحد بیٹریاں مختلف طریقوں سے (سیریز ، متوازی اور مخلوط) سے ایک ساتھ جڑنا ضروری ہیں ، جس میں کنیکٹر مواد اور سگ ماہی مواد کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایس او ایف سی میں ، کنیکٹر کے جزو کو اعلی درجہ حرارت پر اچھی الیکٹرانک چالکتا اور استحکام کی ضرورت ہوتی ہے۔ فی الحال ، صرف چند آکسائڈس کو ایس او ایف سی کنیکٹر مواد کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے ، جیسے پیرووسکائٹ ڈھانچے کے ساتھ لینتھانم کرومیٹ (لیکرو 3)۔ ایس او ایف سی کنیکٹر مواد کے طور پر استعمال ہونے والے اعلی درجہ حرارت کے کھوٹ مادے بھی ایک ریسرچ ہاٹ اسپاٹ ہیں۔

V. سگ ماہی مواد اور دیگر

سگ ماہی مواد کو الیکٹرولائٹ مواد اور کنیکٹر مواد کو ایک ساتھ جوڑنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے۔ انہیں اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحم رہنے کی ضرورت ہے۔ بیٹری کے رد عمل کے درجہ حرارت (700 ~ 1000 ℃) کے تحت ، وہ عام طور پر شیشے کے سیرامک ​​مخلوط پگھلنے سے تیار ہوتے ہیں۔ اس کے علاوہ ، دیگر معاون مواد کی ضرورت ہوتی ہے ، جیسے کورنڈم ٹیوبیں جیسے آکسیجن گیس چیمبر اور کوارٹج ٹیوبیں ایندھن کے گیس چیمبر کے طور پر۔ ان سب کے پاس ایئر انلیٹس اور آؤٹ لیٹس ہیں اور انہیں مہر اور منسلک کرنے کی ضرورت ہے۔

ششم سنگل سیل اسمبلی

بڑے پیمانے پر ایس او ایف سی ایک بیٹری پیک ہے جو مختلف ڈھانچے میں سجا دیئے گئے واحد خلیوں پر مشتمل ہے۔ فی الحال ، چار قسم کے بیٹری پیک تیار کیے گئے ہیں ، جن میں نلی نما ، سیریل ، بلاک اور فلیٹ شامل ہیں۔ عملی ایپلی کیشنز میں ، انفرادی ایندھن کے خلیات سیریز اور/یا متوازی طور پر مخصوص ایپلی کیشنز کو پورا کرنے کے لئے بیٹری پیک بنانے کے لئے جڑے ہوئے ہیں۔ اعداد و شمار 1.5 میں دکھائے گئے واحد ایندھن سیل میں ، انوڈ ، الیکٹرولائٹ ، اور کیتھڈ ایک تین میں ایک جامع ڈھانچہ تشکیل دیتے ہیں۔ اصل تحقیق اور پروسیسنگ میں ، چار مختلف ساختی اقسام تشکیل دیئے گئے ہیں: مہر کم نلی نما ڈیزائن ، سیگمنٹڈ سیل ان سیریز ڈیزائن ، یک سنگی ڈیزائن ، اور فلیٹ پلیٹ ڈیزائن۔ ساختی آریھ کو شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 2 SOFC کا ساختی آریھ