Твердооксидный топливный элемент
Твердоокси́дные (твердоо́кисные) то́пливные элеме́нты (англ. Solid-oxide fuel cells, SOFC) — разновидность топливных элементов, электролитом в которых является керамический материал (напр., на базе диоксида циркония), проницаемый для ионов кислорода. Эти элементы работают при очень высокой температуре (700 ºC — 1000 ºC) и применяется в основном для стационарных установок мощностью от 1 кВт и выше. Их отработанные газы могут быть использованы для приведения в действия газовой турбины, чтобы повысить КПД (коэффициент полезного действия) установки. КПД такой гибридной установки может достигать 70 %.
В этих топливных элементах ионы кислорода проходят через твёрдый оксид, который используется в качестве электролита, и при высокой температуре реагируют с водородом на аноде. Хотя в твердооксидных топливных элементах необходима высокая рабочая температура (что требует специальных керамических материалов), зато они не нуждаются в таком дорогом катализаторе, как платина (в отличие от топливных элементов с протонно-обменной мембраной). Это также значит, что твердооксидные топливные элементы не отравляются монооксидом углерода, и в них могут использоваться разные виды топлива. Твердооксидные топливные элементы могут работать на метане, пропане, бутане, биогазе. Конечно, сера, содержащаяся в топливе, должна быть удалена перед поступлением его в топливный элемент, но это легко сделать с помощью адсорбентов.
Область применения
- Крупные стационарные установки мощностью 1 МВт и выше.
- Бытовые стационарные установки мощностью 100 Вт — 10 кВт.
- Установки для бортового электропитания транспорта (например, автомобильные рефрижераторы) мощностью 5 кВт.
- Силовые установки водного транспорта.
Перспективные разработки
Ведутся исследования по снижению рабочей температуры. Удалось снизить температуру до 500 ºC — 600 ºC.
Компания FuelCell Energy (США) в 2007 году проведёт испытания силовой установки на SOFC топливных элементах для морских судов.
В США создан альянс Solid State Energy Conversion (SECA). SECA — альянс индустриальных групп, работающих над ускорением коммерциализации SOFC-систем для стационарных, транспортных и военных приложений. Альянс работает над программой Coal-Based Systems, целью которой является строительство чистых угольных электростанций, производящих энергию в водородных топливных элементах.
Члену альянса — компании General Electric — к концу 2006 года удалось снизить стоимость SOFC до $254 за 1 кВт установленной мощности.
Компания Violet Fuel Cell Sticks в марте 2008 года объявила о достижении объёмной плотности мощности SOFC в 15 кВт/литр.