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固體氧化物電解池(SOEC)單電池的結(jié)構(gòu)設計

具體成交價以合同協(xié)議為準
  • 公司名稱 北京鑫視科科技有限公司
  • 品牌 鑫視科
  • 型號
  • 產(chǎn)地
  • 廠商性質(zhì) 生產(chǎn)廠家
  • 更新時間 2025/3/22 9:58:46
  • 訪問次數(shù) 268
產(chǎn)品標簽

固體氧化物電解池

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鑫視科依托浙江工業(yè)大學未來技術研究院能源環(huán)境與高端裝備創(chuàng)新團隊、浙江綠色石化與輕烴轉(zhuǎn)化研究院,共同研發(fā)生產(chǎn)智能化工裝備,主要方向為:
       ? 微化工技術體系:微通道連續(xù)流/微流控技術裝備,實現(xiàn)反應過程精準控制
       ? 能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng):電化學/電催化/SOFC/SOEC/等離子協(xié)同催化系統(tǒng)開發(fā),助力技術突破
       ? 智能反應平臺:模塊化固定床/催化劑評價系統(tǒng),支持全流程工藝驗證
       ? 光化學解決方案:氙燈/LED/汞燈多光源光催化系統(tǒng),滿足多樣化實驗需求
產(chǎn)品應用于高校、研究所、實驗室、材料、化學、化工、新能源、環(huán)境等,也可適用石油化工、催化、合成相關企業(yè)的微型、小試、中試和產(chǎn)業(yè)化。
山東滕州,堅實的基地,集生產(chǎn)制造、研發(fā)創(chuàng)新、實驗測試、安裝調(diào)試、客戶服務于一體,業(yè)務覆蓋國內(nèi)外。坐落于滕州市墨子科創(chuàng)園D3棟。擁有獨棟5層樓4300余平米的生產(chǎn)、實驗及辦公面積。樓內(nèi)設施齊全,設有數(shù)字化加工中心,生產(chǎn)車間,裝配及檢測車間,客戶實驗測試中心,售后服務部,物資部等多個部門。
北京鑫視科科技有限公司,作為產(chǎn)品研發(fā)與營銷中心,輻射全國的銷售體系、售后服務體系,致力于全方位服務科研,滿足用戶需求。北京研發(fā)中心緊隨科研前沿,為用戶提供定制化產(chǎn)品和服務。
鑫視科一直秉承“堅守品質(zhì)之巔,點亮科學創(chuàng)新” 的科研服務理念,致力于“鑫視科、科技創(chuàng)新加快科研進步”,以專注、恒心、成就鑄就鑫視科品牌。我們用心為高校、科研院所提供高性價比的國產(chǎn)實驗儀器設備,一絲不茍。
誠邀您共同探索科研之路,鑫視科shinsco,您科研之旅的信賴伙伴!

氙燈光源,汞燈光源,LED光源,光催化儀器,光熱/熱催化系統(tǒng),3D顯微鏡,光電測試系統(tǒng),氣相色譜儀GC,電化學催化,光學透鏡,光學濾片,光機系統(tǒng)

產(chǎn)地類別 國產(chǎn) 應用領域 綜合

產(chǎn)品設計方案:

固體氧化物電解池(SOEC)單電池的結(jié)構(gòu)設計是其性能優(yōu)化的核心,需綜合考慮電解質(zhì)、電極、界面接觸、氣體擴散和熱/電導路徑的協(xié)同作用。以下是針對電熱催化SOEC單電池的詳細結(jié)構(gòu)設計方案:

1. 單電池基本組成

SOEC單電池通常為三明治結(jié)構(gòu),包含以下核心層:

(1)致密電解質(zhì)層(Dense Electrolyte)

材料:YSZ(氧化釔穩(wěn)定氧化鋯)或摻雜氧化鈰(如GDC,Gd?.?Ce?.?O??δ)。

功能:傳導O2?離子,隔離燃料氣和氧化劑。

厚度:約10–30 μm(薄膜化降低歐姆阻抗)。

(2)多孔陰極(燃料極)(Porous Cathode)

材料:

傳統(tǒng):NiYSZ金屬陶瓷(Ni提供電子傳導,YSZ提供離子傳導)。

改進:摻雜催化劑(如NiCeO?YSZ、NiFe合金YSZ)。

功能:在高溫下催化H?O/CO?電解,釋放O2?至電解質(zhì)。

結(jié)構(gòu):孔隙率30–40%(兼顧氣體擴散與電化學活性面積)。

(3)多孔陽極(氧電極)(Porous Anode)

材料:混合導體氧化物(如LSCFLa?.?Sr?.?Co?.?Fe?.?O??δ、LSMLa?.?Sr?.?MnO?)。

功能:催化O2?氧化生成O?,并傳導電子。

結(jié)構(gòu):孔隙率20–30%(需與電解質(zhì)熱膨脹系數(shù)匹配)。

(4)電流收集層

材料:鉑(Pt)或鎳(Ni)網(wǎng)/漿料。

功能:降低接觸電阻,均勻分布電流。

2. 結(jié)構(gòu)類型選擇

根據(jù)支撐體不同,SOEC單電池可分為以下類型:

(1) 電解質(zhì)支撐型

結(jié)構(gòu):厚電解質(zhì)(~100–300 μm)作為機械支撐,兩側(cè)涂覆薄電極(~10–50 μm)。

優(yōu)點:機械強度高,密封容易。

缺點:歐姆阻抗較大,適合低溫(<750°C)應用。

(2) 電極支撐型

結(jié)構(gòu):厚陰極(~0.5–1 mm)或厚陽極作為支撐體,電解質(zhì)薄膜()沉積其上。

優(yōu)點:降低歐姆損耗,適合高溫(>800°C)高效運行。

缺點:機械強度低,需優(yōu)化電極/電解質(zhì)界面。

(3) 對稱結(jié)構(gòu)

設計:陰極和陽極采用相同或相似材料(如雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu))。

優(yōu)點:簡化制備工藝,減少熱應力。

應用:適用于可逆SOEC/SOFC模式切換。

3. 關鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

(1) 電解質(zhì)厚度與致密性

目標:降低離子遷移阻抗(厚度/電導率)。

優(yōu)化方法:

采用薄膜制備技術(如磁控濺射、噴霧熱解)。

通過燒結(jié)工藝(如1400–1500°C,4–6小時)確保無針孔。

(2) 電極孔隙率與微觀結(jié)構(gòu)

陰極:梯度孔隙設計(表層高孔隙率利于氣體擴散,近電解質(zhì)層致密化增強三相界面)。引入納米催化劑(如CeO?納米顆粒)提升表面活性。

陽極:多孔骨架中嵌入離子導體(如GDC)形成雙相復合結(jié)構(gòu)。

(3) 界面工程

陰極/電解質(zhì)界面:

添加功能層(如摻雜CeO?的YSZ過渡層)減少界面電阻。

預燒結(jié)處理(如共燒結(jié)陰極/電解質(zhì))增強結(jié)合強度。

陽極/電解質(zhì)界面:

采用LSCF-GDC復合陽極,避免Sr元素擴散至YSZ導致失活。

4. 電熱催化結(jié)構(gòu)增強策略

(1) 催化劑分布設計

表面修飾:在陰極表面噴涂納米催化劑(如Ni@CeO?核殼結(jié)構(gòu)),提升H?O/CO?吸附與解離效率。

梯度摻雜:沿電極厚度方向梯度摻雜Ce、Co等元素,優(yōu)化反應路徑。

(2) 熱管理結(jié)構(gòu)

局部加熱設計:在電極中嵌入電阻加熱絲(如Pt絲),實現(xiàn)電解區(qū)精準控溫。

熱導層:在電解質(zhì)背面涂覆高導熱材料(如AlN),均勻分布熱量。

(3) 微通道流場

陰極流場:設計蛇形或叉指狀氣體流道,強化H?O/CO?傳輸。

陽極流場:采用多孔泡沫金屬(如Ni泡沫)促進O?排出。

5. 制備工藝流程

電解質(zhì)制備:干壓成型或流延法制備YSZ生坯→高溫燒結(jié)(1500°C,4小時)。

電極涂覆:絲網(wǎng)印刷/噴涂電極漿料→共燒結(jié)(陰極1400°C,陽極1200°C)。

功能層修飾:浸漬法負載納米催化劑→低溫退火(500°C,2小時)。

組裝與密封:玻璃密封膠或云母片密封→鉑網(wǎng)電流收集器焊接。

6. 結(jié)構(gòu)表征方法

微觀結(jié)構(gòu):SEM觀察孔隙分布,TEM分析催化劑分散度。

界面結(jié)合:EDS線掃描檢測元素擴散,XRD驗證相純度。

電化學性能:EIS擬合界面阻抗,IV曲線評估電解效率。

7. 典型結(jié)構(gòu)設計案例

案例:NiCeO?/YSZ//LSCF梯度結(jié)構(gòu)SOEC

電解質(zhì):20 μm YSZ薄膜(磁控濺射沉積)。

陰極:底層:NiYSZ(50 μm,孔隙率35%);表層:CeO?納米顆粒修飾層(5 μm,孔隙率50%)。

陽極:LSCFGDC復合層(30 μm,孔隙率25%)。

優(yōu)勢:高活性界面+低熱應力,800°C下電流密度可達1.2 A/cm2(1.5V)。

8. 常見問題與解決方案

問題

原因

解決方案

電極剝離

熱膨脹系數(shù)不匹配

引入過渡層(如CeO?摻雜YSZ)

氣體交叉泄漏

電解質(zhì)針孔/密封失效

優(yōu)化燒結(jié)工藝,雙層密封(玻璃+云母

催化劑燒結(jié)失活

高溫下納米顆粒聚集

錨定催化劑于多孔骨架(如原子層沉積)

通過上述結(jié)構(gòu)設計,可顯著提升SOEC的電熱催化效率與長期穩(wěn)定性。實際設計中需結(jié)合具體材料體系(如質(zhì)子導體SOEC)和操作條件(溫度、氣體組成)進一步優(yōu)化參數(shù)。






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