موضوع مقاله: پیل سوختی اکسید جامد | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پیل سوختی اکسید جامد | مقدمه: این سلول‌ها بر اساس نوعی الکترولیت، طبقه‌بندی می‌شوند; در سلول سوختی اکسید جامد، الکترولیت از جنس اکسیدجامد یا سرامیکی هستند. | ## بخش 1: پیل سوختی اکسید جامد | مزایای این نوع سلول‌های سوختی شامل کارایی بالای ترکیب تولید برق و گرما، پایداری بلندمدت، انعطاف‌پذیری سوخت، تولید آلایندگی پایین و هزینه‌ی نسبتا پایین است. مهم‌ترین معایب آن‌ها دمای بالای عملیاتی است که موجب طولانی شدن زمان راه‌اندازی و ایجاد مشکلاتی در سازگاری مکانیکی و شیمیایی می‌شود.Badwal, SPS. در این دماها، سلول‌های سوختی اکسید جامد، نیازی به کاتالیزورهای گران‌قیمت از گروه فلزات پلاتینیوم ندارند، همان‌طور که درحال حاضر برای سلول‌های سوختی با دمای پایین‌تر، ضروری است، و همچنین در برابر مسمومیت کاتالیستی مونوکسید کربن آسیب‌پذیر نیستند. با این حال آسیب‌پذیری در برابر مسمومیت با گوگرد به طور گسترده‌ای مشاهده شده است و گوگرد باید قبل از ورود به سلول‌ از سوخت جدا شود. برای سوخت‌هایی با کیفیت پایین‌تر، مانند زغال‌سنگ یا زیست گاز، فرایند پردازش سوخت پیچیده‌تر و در نتیجه گران‌تر می‌شود. فرایند گازی‌سازی که ماده‌ی اولیه را به حالت گازی مناسب برای سلول‌های سوختی تبدیل می‌کند، می‌تواند مقدار قابل توجهی ترکیبات، مانند متان و همچنین ترکیبات پلی‌آروماتیک بزرگ‌تر و هیدروکربن‌های زنجیره‌ کوتاه تولید کند. هزینه‌های مرتبط با فرایندهای اصلاح سوخت و زدودن گوگرد مشابه هزینه خود سلول سوختی است. از درون به بیرون: کاتد متخلخل، الکترولیت متراکم، آند متخلخل یک سلول سوختی اکسید جامد از چهار لایه تشکیل شده است که سه لایه‌ی آن سرامیکی هستند. یک سلول منفرد که از این چهار لایه تشکیل شده، معمولا تنها چند میلی‌متر ضخامت دارد. صدها سلول به صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند تا چیزی را که معمولا " پشته‌ی سلول سوختی اکسید جامد" نامیده می‌شود، تشکیل دهند. | ## بخش 2: پیل سوختی اکسید جامد | سرامیک‌های به‌کار رفته در سلول‌های سوختی اکسید جامد، تا زمانی که به دمای بسیار بالا نرسند، از نظر الکتریکی و یونی فعال نمی‌شوند. این یون‌ها سپس می‌توانند از طریق الکترولیت اکسید جامد به آند منتقل شوند، جایی که سوخت را به صورت الکتروشیمیایی اکسید می‌کند. در این واکنش، آب به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود و همچنین دو الکترون آزاد می‌شوند. الکترون‌ها به ماده‌ی کاتدی بازمیگردند و این چرخه از نو شروع شده و دوباره تکرار می‌شود. مطابق شکل در بخش‌های مختلف دستگاه داریم: ‌کاتد کاتد (الکترود هوا)، لایه‌ای نازک و متخلخل بر روی الکترولیت است که واکنش کاهش اکسیژن در آن رخ می‌دهد. 29 (5): 682–698 به همین دلیل، مواد دانه‌ای اغلب برای فرایندهای ساخت آند انتخاب می‌شوند. آند معمولا ضخیم‌ترین و مقاوم ترین لایه در هر سلول منفرد است زیرا کمترین تلفات قطبش را دارد و اغلب لایه‌ای است که پشتیبانی مکانیکی را فراهم می‌کند. از نظر الکتروشیمیایی، وظیفه‌ی آند استفاده از یون‌های اکسیژن است که از طریق الکترولیت نفوذ می‌کنند تا سوخت هیدروژنی را اکسیده کنند. اگر سوخن هیدروکربن سبک باشد، یکی از وظایف آند این است که به عنوان کاتالیزور برای اصلاح بخار سوخت به هیدروژن عمل کند. این امر مزیت عملی دیگری برای مجموعه‌ی سلول سوختی فراهم می‌کند زیرا واکنش اصلاح بخار یک واکنش گرماگیر است که باعث خنک شدن داخلی مجموعه‌ی سلول میشود. | ## بخش 3: پیل سوختی اکسید جامد | رسانایی الکتریکی آن باید تا حد ممکن پایین نگه‌داشته شود تا از تلفات ناشی از جریان‌های نشتی جلوگیری شود.دماهای عملیاتی بالا در سلول‌های سوختی اکسید جامد، اجازه می‌دهد که سینتیک انتقال یون‌های اکسیژن برای عملکرد مناسب، کافی باشد. با این حال وقتی دمای عملیاتی به حد پایین تری(حدود 600تا 800درجه‌ی سلسیوس) نزدیک می‌شود، الکترولیت شروع به داشتن مقاومت‌های بالای انتقال یونی می‌کند و عملکرد را تحت تاثیر قرار می‌دهد. اتصال‌دهنده می‌تواند لایه‌ای فلزی یا سرامیکی باشد که بین هر سلول منفرد قرار می‌گیرد. هدف آن اتصال هر سلول به صورت سری است تا برق تولید شده توسط هر سلول بتواند ترکیب شود. از آنجا که اتصال‌دهنده در دماهای بالا در معرض هردو طرف اکسیداسیون و احیا قرار دارد، باید از پایداری بسیار بالایی برخوردار باشد. آلیاژهای مبتنی بر نیکل و فولاد به عنوان مواد اتصال‌دهنده درحال تبدیل شدن به گزینه‌های امیدوارکننده‌تری هستند. خواص مکانیکی تحقیقات فعلی در زمینه‌ی سلول‌های سوختی اکسید جامد به شدت بر بهینه‌سازی عملکرد سلول تمرکز دارد، درحالی که حفظ خواص مکانیکی قابل‌قبول نیز اهمیت دارد. با این حال، خرابی مکانیکی همچنان یکی از چالش‌های مهم در عملکرد سلول سوختی اکسید جامد است. وجود انواع مختلفی از بارها و تنش‌های حرارتی در حین عملکرد نیازمند استحکام مکانیکی بالای سلول است. | ## جمع‌بندی | این تغییرات دمایی موضعی به نوبه‌ی خود باعث افزایش تنش‌های حرارتی می‌شوند که به گسترش ترک‌ها و جدایش لایه‌ها منجر می‌گردد.