Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

3.3. ELEKTROLYSE AF KULDIOXID OG VAND
Hvis værdien på højre side bliver mindre end 0,1 kan det ikke betale sig at opretholde drift, da materialerne
vil være for slidte til optimal drift. Hvis det kun er enkelte celler i en stak, der er ødelagt, kan
stakmoduler anvendes som løsning. Herved menes, at mindre stakmoduler på f.eks. 10 celler sættes
sammen i serie for at danne en samlet stak. Det er spørgsmålet om opretholdelse af stakkens drift ved
udskiftning af moduler er rentabel.
Ved undersøgelse under et elektron mikroskop ses, at der er og kan opstå urenheder i cellerne. Det
er stoffer som natrium (Na), aluminium (Al) og silicium (Si). Urenhederne sidder i korngrænsen på
det oprindelige materiale. Forureningen stammer fra urenheder i materialet og kan opstå under ledningen
af gas i cellen. Urenhederne er med til at tærre på cellematerialet og kan derved nedsætte
cellernes levetid. Da urenhederne er uundgåelige ligger udfordringerne i at kontrollere urenhederne
og evt. ændre deres egenskaber [Jensen 3, 2008]. På fig 3.8 ses urenhederne i cellens materiale.
Figur 3.8: Urenhederne i cellen [Jensen 3, 2008].
I anoden vil nikkel oxidere, hvis inputtet er ren vanddamp og kuldioxid. Ved oxideringen vil anoden
ikke længere være i stand til at lede elektroner. For at undgå oxideringen er det nødvendigt med minimum
1% af en reducerende gas, hvilket eksempelvis kan være brint.
Andre parametre, der kan have indvirkning på cellernes levetid, er ændring i temperatur ved op og
ned regulering, ved luftindtag samt redoxcyklinger under processen. Redoxcyklinger er ikke optimale
for processen, da udbyttet af H2 mindskes, da der bliver dannet vanddamp. Derfor er det vigtigt at
holde reaktionen langt mod højre, se teori om redoxprocesser i afsnit 3.2 og totalrektionen for vandelektrolyse
i ligning 3.1. Levetiden for celler formindskes ved redoxcyklinger, da nikkelet oxiderer til
NiO, der fylder mere end Ni. Derved vil der opstår mekaniske spændinger i nikkelelektroden og der vil
opstå mikrorevner i det keramiske YSZ, hvorved det smuldrer. Redoxcyklinger opstår, når der trænger
ilt ind i cellen. Det kan eksempelvis ske, når der ikke er tilstrækkelig gas eller der opstår driftstop.
Redoxcyklinger kan forhindres ved at anvende en reducerende gas. Der kan eksempelvis tilføres 5%
brint i reaktionsgasserne. Dette er hæmmende for kommercialiseringen af SOEC, da tilførslen af brint
kræver tilkobling af gasflasker eller en form for recirkulering i systemet [Jensen 3, 2008].
25