Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

k J
∆H = −Q
k J
mol
KAPITEL 3. SOEC-TEKNOLOGI
(3.12)
hvor ∆H er ændringen i entalpi mol , -Q er den varme (J) processen optager fra omgivelserne. Det
fremgår ved minuset foran Q, at processen er endoterm, da en endoterm process ikke afgiver varme
til omgivelserne. Q er også givet ved T ·∆S og kaldes Joule-varme. Entalpiændringerne ved en proces
kan ses som varmeudvekslingen i processen. Ved senere beregninger i afsnit A.2 bruges følgende
definition på ∆H:
k J
∆H = ∆Hpr odukt − ∆Hr eakt ant
(3.13)
mol
3.5.2 Elektrokemisk energiomsætning
Når der arbejdes med elektrokemisk energiomsætning, er det svært at definere den mængde energi
den kemiske proces omsætter til elektrisk energi, som det er tilfældet ved elektrolyseceller [Steven og
Zumdahl, 2007]. Ved at betragte termodynamikken, vil problematikken kunne forklares. Det kemiske
arbejde ved en elektrokemisk energiomsætning er defineret ved den termodynamiske tilstandfunktion:
• Gibbs fri energi:
G = H − T ·S
k J
mol
(3.14)
k J
J
hvor G er Gibbs fri energi mol , T er temperaturen i Kelvin [K] og S er entropien K . Entropien
udregnes ved følgende definition:
hvor
∆Suni ver s = ∆Ss y stem − ∆Somg i vel ser
∆Somg i vel ser = − ∆H
T
k J
K
k J
K
(3.15)
(3.16)
I det følgende vil tilstandsfunktion 3.14 blive betragtet. Ændringen i kemisk energi med udgangspunkt
i tilstandsfunktion i ligning 3.14 er:
∆G = ∆H − (T ·S1 − S2 ·T )
k J
hvor S1 og S2 angiver, at det er entropien ved to forskellige tilstande. Entropi har enheden
derved et mål for molekylær uorden for et system.
mol
(3.17)
k J
K , og er
I det tilfælde, hvor entropien for et system stiger, vil den energi, der er tilrådighed ved processens
afslutning, være af lavere kvalitet. Det skyldes, at det vil kræve tilførsel af en ydre påvirkning for at få
energien tilbage til starttilstanden. Hvis entropien tilgengæld falder, vil entropien stige tilsvarende et
andet sted i universet. Dette er forårsaget af termodynamikkens 2. hovedsætning, der udtrykkes som:
∆Suni ver s ≥ 0 (3.18)
Det ses heraf, at væksten i entropi samlet set altid er positiv. Er ∆S = 0, betyder det, at systemer er
i perfekt orden. På denne baggrund har 2. hovedsætning betydning for systemets virkningsgrad, og
siger, at energi har en kvalitet så vel som kvantitet.
30